反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計

1、反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計學(xué)習(xí)培訓(xùn)教材學(xué)習(xí)培訓(xùn)教材 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材一、變壓器的設(shè)計步驟和計算公式：一、變壓器的設(shè)計步驟和計算公式：1.1 1.1 變壓器的技術(shù)要求變壓器的技術(shù)要求: : 輸入電壓范圍；輸入電壓范圍； 輸出電壓和電流值；輸出電壓和電流值； 輸出電壓精度；輸出電壓精度； 效率效率； 磁芯型號；磁芯型號； 工作頻率工作頻率f f； 最大導(dǎo)通占空比最大導(dǎo)通占空比DmaxDmax； 最大工作磁通密度最大工作磁通密度BmaxBmax; ; 其它要求。其它要求。1.2 1.2 估算輸入功率，輸出電壓，輸入電流和峰值電流估算輸入功率，輸出電壓，輸入電流和峰值電流:

2、: 1 1）估算總的輸出功率：）估算總的輸出功率：P Po o=V=V0101xI I0101+V+V0202xI I0202 2 2）估算輸入功率：）估算輸入功率：P Pinin= P= Po o/ / 3 3）計算最小和最大輸入電流電壓）計算最小和最大輸入電流電壓 V Vinin(MIN)(MIN)=AC=ACMINMINx1.414(DCV)1.414(DCV) V Vinin(MAX)(MAX)=AC=ACMAXMAXx1.414(DCV)1.414(DCV) 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材4 4）計算最小和最大輸入電流電流）計算最小和最大輸入電流電流 I Iinin(M

3、IN)(MIN)=P=PININxV VININ (MAX)(MAX) I Iinin(MAX)(MAX)=P=PININxV VININ (MIN)(MIN)5 5）估算峰值電流：）估算峰值電流： K PK POUTOUT I IPK PK = = V VININ (MIN)(MIN)其中：其中：K=1.4(Buck K=1.4(Buck 、推挽和全橋電路）、推挽和全橋電路） K=2.8(K=2.8(半橋和正激電路）半橋和正激電路） K=5.5(BoostK=5.5(Boost，Buck- Boost Buck- Boost 和反激電路）和反激電路） 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)

4、教材1.3 1.3 確定磁芯尺寸確定磁芯尺寸 確定磁芯尺寸有兩種形式，第一種按制造廠提供的圖表，按各種磁確定磁芯尺寸有兩種形式，第一種按制造廠提供的圖表，按各種磁芯可傳遞的能量來選擇磁芯，例如下表：芯可傳遞的能量來選擇磁芯，例如下表： 表一表一 輸出功率與大致的磁芯尺寸的關(guān)系輸出功率與大致的磁芯尺寸的關(guān)系 輸出功率輸出功率/W MPP/W MPP環(huán)形環(huán)形 E-EE-E、E-LE-L等磁芯等磁芯 磁芯直徑磁芯直徑/ /（in/mm) (in/mm) (每邊每邊)/(in/mm)/(in/mm) 5 0.65(16) 0.5(11) 5 0.65(16) 0.5(11) 25 0.80(20) 1

5、.1(30) 25 0.80(20) 1.1(30) 50 1.1(30) 1.4(35) 50 1.1(30) 1.4(35) 100 1.5(38) 1.8(47) 100 1.5(38) 1.8(47) 250 2.0(51) 2.4(60) 250 2.0(51) 2.4(60) 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 第二種是計算方式，首先假定變壓器是單繞組，每增加一個繞組并考第二種是計算方式，首先假定變壓器是單繞組，每增加一個繞組并考慮安規(guī)要求，就需增加繞組面積和磁芯尺寸，用慮安規(guī)要求，就需增加繞組面積和磁芯尺寸，用“窗口利用因數(shù)窗口利用因數(shù)”來修來修整。單繞組電感磁芯尺寸按

6、下式計算：整。單繞組電感磁芯尺寸按下式計算： 0.680.68Pout dwPout dwx10105 5 Ap=AwAe= Ap=AwAe= Bmax Bmax f f 式中：式中： dwdw - - 一次繞組導(dǎo)線截面積，單位為：一次繞組導(dǎo)線截面積，單位為：cmcm2 2； BmaxBmax - - 最大工作磁通密度，單位為最大工作磁通密度，單位為T T； f - f - 工作頻率，單位為工作頻率，單位為Hz;Hz; Pout - Pout - 變壓器總輸出功率，單位為變壓器總輸出功率，單位為W W。 窗口利用因數(shù)按下表計算。窗口利用因數(shù)按下表計算。 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)

7、教材 表二表二 變壓器窗口利用因數(shù)變壓器窗口利用因數(shù) 變壓器情況變壓器情況 窗口窗口 反激式變壓器反激式變壓器 1.11.1 一個二次繞組一個二次繞組 1.21.2 兩個或多個二次繞組兩個或多個二次繞組 1.31.3 相互隔離的二次繞組相互隔離的二次繞組 1.41.4 滿足滿足ULUL或或CSACSA標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 1.11.1 滿足滿足IECIEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 1.21.2 法拉第屏屏蔽法拉第屏屏蔽 1.11.1 用下式按變壓器情況將各窗口利用因數(shù)綜合起來用下式按變壓器情況將各窗口利用因數(shù)綜合起來 KnetKnet=Ka.Kb=Ka.Kb 最后以下式可以估算出變壓器磁芯尺寸最后以下式可以估算出變壓器磁

8、芯尺寸 Ap=Knet.ApAp=Knet.Ap 按照上計算按照上計算APAP值值, ,加一定裕度加一定裕度, ,選取相適應(yīng)的磁芯選取相適應(yīng)的磁芯. . 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材1.4 1.4 計算一次電感最小值計算一次電感最小值LpriLpri V Vinin(min)(min).D.Dmaxmax Lpri Lpri = (H)= (H) IpkIpk f f 式中：式中：f f單位為單位為HzHz1.5 1.5 計算磁芯氣隙計算磁芯氣隙L Lgapgap 0.4 0.4 LpriIpk . 108 L Lgapgap = = cmcm2 A Ae eB B2maxma

9、x 其中：其中：A Ae e = = 磁芯有效截面積，單位為磁芯有效截面積，單位為cmcm2 B Bmaxmax = = 單位為單位為G G； Lpri = = 單位為單位為H H。 按照計算的氣隙量實測出磁芯的按照計算的氣隙量實測出磁芯的ALAL值。值。 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材1.6 1.6 計算一次繞組所需的最大匝數(shù)計算一次繞組所需的最大匝數(shù)N Npri pri L Lpripri Npri Npri = = ALAL1.7 1.7 計算二次主繞組（輸出功率最大的繞組）所需匝數(shù)計算二次主繞組（輸出功率最大的繞組）所需匝數(shù)Ns1Ns1 N Npripri(V(V0101

10、+V+VD1D1)(1-Dmax)(1-Dmax) ) N NS1 S1 = = ( (匝匝) ) V Vinin(min) (min) DmaxDmax 1.8 1.8 計算二次其它繞組所需匝數(shù)計算二次其它繞組所需匝數(shù)NsnNsn (V(Vonon+V+VDnDn) Ns1) Ns1 N Nsnsn = = ( (匝匝) ) V V01 + 01 + V VD1 D1 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材1.9 1.9 檢查相應(yīng)輸出端的電壓誤差檢查相應(yīng)輸出端的電壓誤差 VsnVsn VsnVsn%=(%=( = Nsn-Vsn)/Vsn= Nsn-Vsn)/Vsn) )x100% 1

11、00% Nsn Nsn 式中：式中： VsnVsn% % 相應(yīng)輸出電壓精度相應(yīng)輸出電壓精度%;%; Vsn Vsn 相應(yīng)輸出電壓值；相應(yīng)輸出電壓值； NsnNsn 計算的相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)；計算的相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)； NsnNsn 選取的整數(shù)相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)。選取的整數(shù)相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)。 如果輸出電壓不能滿足規(guī)定的精度，可以將主輸出繞組如果輸出電壓不能滿足規(guī)定的精度，可以將主輸出繞組Ns1Ns1增加一匝，增加一匝，再計算相應(yīng)輸出繞組匝數(shù)，看能否滿足相應(yīng)精度，如果這樣修改結(jié)果仍再計算相應(yīng)輸出繞組匝數(shù)，看能否滿足相應(yīng)精度，如果這樣修改結(jié)果仍不滿足要求，只可回到開始階段，增加一次繞組匝數(shù)，重新計算一次繞

12、不滿足要求，只可回到開始階段，增加一次繞組匝數(shù)，重新計算一次繞組匝數(shù)組匝數(shù), ,直到滿足要求為止，但是增加一次繞組匝數(shù)，會使變壓器工作磁直到滿足要求為止，但是增加一次繞組匝數(shù)，會使變壓器工作磁通密度向小的方向調(diào)整通密度向小的方向調(diào)整, ,這可能造成在較低輸入電壓時這可能造成在較低輸入電壓時, ,輸出無法達(dá)到額輸出無法達(dá)到額定的電壓定的電壓, ,所以在變壓器設(shè)計時要適當(dāng)?shù)奶幚砗幂敵鲭妷壕群皖~定輸出所以在變壓器設(shè)計時要適當(dāng)?shù)奶幚砗幂敵鲭妷壕群皖~定輸出電壓值的關(guān)系電壓值的關(guān)系. . 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 1.10 1.10 計算和選取繞組導(dǎo)線線徑計算和選取繞組導(dǎo)線線徑 繞

13、組導(dǎo)線線徑按下式計算繞組導(dǎo)線線徑按下式計算dwndwn= = 1.13 In (mm) 1.13 In (mm) J J 式中：式中： dwmdwm 相應(yīng)繞組線徑，單位為相應(yīng)繞組線徑，單位為mm;mm; In In 相應(yīng)繞組額定電流，單位為相應(yīng)繞組額定電流，單位為A A； J J 電流密度，單位為電流密度，單位為A/mmA/mm2 2, ,一般取一般取3-103-10A/mmA/mm2 2選取各繞組線徑后，按下式計算在開關(guān)工作頻率時導(dǎo)線的趨膚深度，選取各繞組線徑后，按下式計算在開關(guān)工作頻率時導(dǎo)線的趨膚深度，如果導(dǎo)線線徑超過趨膚深度，應(yīng)選用導(dǎo)線截面積相近的多股線繞制。如果導(dǎo)線線徑超過趨膚深度，應(yīng)

14、選用導(dǎo)線截面積相近的多股線繞制。 66.1 66.1 S= (mm) S= (mm) f f式中：式中：S S 導(dǎo)線趨膚深度，單位為導(dǎo)線趨膚深度，單位為: :mm;mm; f f 開關(guān)工作頻率，單位為開關(guān)工作頻率，單位為Hz.Hz. 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 1.11 1.11 計算變壓器銅損計算變壓器銅損1 1）按照選取的磁芯，估算出變壓器平均繞組長度）按照選取的磁芯，估算出變壓器平均繞組長度MLTMLT。例如對例如對EEEE型磁芯型磁芯MLTMLT估算方法如下：估算方法如下： MLT=E+D+MLT=E+D+（E-DE-D）+2C=2E+2C+2C=2E+2C其它型號磁

15、芯估算其它型號磁芯估算MLTMLT可依此方法類推?？梢来朔椒愅啤? 2）按下試計算各繞組銅損）按下試計算各繞組銅損Pcun=(NnPcun=(Nn* *MLTMLT* *RnRn)In)In2 2式中：式中：PcunPcun 第第n n繞組銅損，單位為瓦繞組銅損，單位為瓦 Nn Nn 第第n n繞組匝數(shù)，單位為匝繞組匝數(shù)，單位為匝 MLT MLT 平均繞組長度，單位為平均繞組長度，單位為m m Rn Rn 第第n n繞組導(dǎo)線每米長電阻，單位為繞組導(dǎo)線每米長電阻，單位為； InIn2 2 第第n n繞組額定電流，單位為繞組額定電流，單位為A A； n n 繞組序號繞組序號，n=1,2,3n=1

16、,2,3 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 3 3）按下式計算變壓器銅損）按下式計算變壓器銅損PcuPcu= =pcunpcun1.12 1.12 計算變壓器鐵損計算變壓器鐵損PcPc 變壓器鐵損可根據(jù)選取的磁芯型號、材質(zhì)、按照變壓器工作頻率和變壓器鐵損可根據(jù)選取的磁芯型號、材質(zhì)、按照變壓器工作頻率和磁通密度從磁芯手冊中查得磁通密度從磁芯手冊中查得. .1.13 1.13 驗證變壓器損耗是否符合設(shè)計要求驗證變壓器損耗是否符合設(shè)計要求根據(jù)變壓器規(guī)定的效率根據(jù)變壓器規(guī)定的效率按下式計算變壓器的損耗值按下式計算變壓器的損耗值: :P PT T=P=Pinin-P-PO O=P=PO O/

17、 / -P -PO O 若若P PT T （PcuPcu+Pc),+Pc),變壓器設(shè)計合格，如果計算的（變壓器設(shè)計合格，如果計算的（PcuPcu+Pc)+Pc)值大于值大于P PT T值，這時就要依情況調(diào)整繞組導(dǎo)線線徑或改變磁芯尺寸或材質(zhì)，以滿值，這時就要依情況調(diào)整繞組導(dǎo)線線徑或改變磁芯尺寸或材質(zhì)，以滿足變壓器的損耗符合要求。足變壓器的損耗符合要求。 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 2. 2. 設(shè)計例設(shè)計例2.1 2.1 變壓器技術(shù)指標(biāo)變壓器技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：輸入電壓：AC90AC90240V 240V ，50/60Hz50/60Hz 輸出：輸出：DC+5VDC+5V，額定電流

18、，額定電流1A1A，最小電流，最小電流0.75A0.75A DC+12V, DC+12V,額定電流額定電流1A1A，最小電流，最小電流100100mAmA DC-12V,DC-12V,額定電流額定電流1A1A，最小電流，最小電流100100mAmA DC+24V, DC+24V,額定電流額定電流1A1A，最小電流，最小電流0.25A0.25A DC+12V, DC+12V,偏置電流偏置電流100100mAmA 輸出電壓精度：輸出電壓精度：+5V+5V，+12V+12V：最大：最大+/-5%+/-5% +24V +24V：最大：最大+/-10%+/-10% 效效 率：率： =80% 工作頻率：工

19、作頻率：50KHz50KHz 工作磁通密度：工作磁通密度：BmaxBmax=2000G=2000G 安安 規(guī)：規(guī)：VDEVDE 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 2.2 2.2 估算輸入功率、輸入電壓、輸入電流和峰值電流估算輸入功率、輸入電壓、輸入電流和峰值電流1 1）輸出功率：）輸出功率：Po=5VPo=5V* *1A+21A+2* *12V12V* *1A+24V1A+24V* *1.5A=65W1.5A=65W2) 2) 輸入功率：輸入功率：Pin=Po/Pin=Po/=65W/0.8=81.25W3) 3) 最低輸入電壓：最低輸入電壓：VinVin(min)=AC90V(m

20、in)=AC90V* *1.414=DC127V1.414=DC127V4) 4) 最高輸入電壓：最高輸入電壓：VinVin(max)=AC240V(max)=AC240V* *1.414=DC340V1.414=DC340V5) 5) 最大平均輸入電流：最大平均輸入電流： Iin(max)=Pin/VinIin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64A(min)=81.25WDC127V=DC0.64A6) 6) 最小平均輸入電流：最小平均輸入電流： Iin(min)=Pin/VinIin(min)=Pin/Vin(max)=81.25WDC340V=DC

21、0.24A(max)=81.25WDC340V=DC0.24A7) 7) 峰值電流：峰值電流：Ipk=5.5Po/VinIpk=5.5Po/Vin(min)=5.5(min)=5.5* *65W/127V=2.81A65W/127V=2.81A2.3 2.3 確定磁芯型號尺寸確定磁芯型號尺寸按照表按照表1 1，65W65W可選用每邊約可選用每邊約35mm35mm的的EE35/35/10EE35/35/10材料為材料為PC30PC30磁芯磁芯磁芯磁芯AeAe=100mm=100mm2 2, Acw, Acw=188mm=188mm2 2, W=40.6g, W=40.6g2.4 2.4 計算一次

22、電感最小值計算一次電感最小值LpriLpri Vin(min).Dmax 127 Vin(min).Dmax 127* *0.50.5 Lpri Lpri= = = = 452 = = 452* *1010-6-6H=452uHH=452uH Ipk Ipk.f 2.81.f 2.81* *5050* *10103 3此處選此處選DmaxDmax=0.5=0.5 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 2.5 2.5 計算磁芯氣隙計算磁芯氣隙LgapLgap值值 0.4Lpri.Ipk0.4Lpri.Ipk* *10108 8 0.4 0.4* *452452* *1010-6-6* *

23、2.812.81* *10108 8LgapLgap= = = = = 0.04cm=0.4mm = 0.04cm=0.4mm Ae Ae B B2 2max 1max 1* *(2000)(2000)2 2 查表，查表，EE35/35/10 AL=120uH/NEE35/35/10 AL=120uH/N2 2 LgapLgap約為約為0.50.5mmmm2.6 2.6 計算一次繞組最大匝數(shù)計算一次繞組最大匝數(shù)NpriNpri Lpri Lpri 452 452* *1010-6-6 NpriNpri = = = 61.4= = = 61.4匝匝 取取NpriNpri=62=62匝匝 AL 1

24、20AL 120* *1010-9-92.7 2.7 計算二次主繞組匝數(shù)計算二次主繞組匝數(shù)NS1NS1（NS1NS1為為DC+5VDC+5V繞組）繞組） NpriNpri(V(V0101+V+VD D)(1-Dmax)(1-Dmax) ) 62 62* *(5+0.7)(5+0.7)* *(1-0.5)(1-0.5)Ns1=Ns1= = = 2.78 = = 2.78匝匝 Vin(min)Dmax Vin(min)Dmax 127127* *0.5 0.5 取取Ns1=3Ns1=3匝匝此處整流二極管壓降此處整流二極管壓降V VD D=0.7V=0.7V 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)

25、教材 2.8 2.8 計算其它次級繞組匝數(shù)計算其它次級繞組匝數(shù) ( (Von+VVon+VD Dn n)Ns1)Ns1 NsnNsn = = V V0101+V+VD1D1 (12+0.7) (12+0.7)* *3 3 +12V +12V NsnNsn = = 6.68= = 6.68匝匝 取取7 7匝匝 5+0.7 5+0.7 ( (24+0.7)24+0.7)* *3 3 +24V +24V Ns24 Ns24 = = 13= = 13匝匝 取取1313匝匝 5+0.7 5+0.7 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 2.9 2.9 檢查相應(yīng)輸出端電壓誤差檢查相應(yīng)輸出端電壓誤差

26、 VsnVsn VsnVsn%=( %=( = = * *Nsn-Vsn)/Vsn)Nsn-Vsn)/Vsn)* *100% 100% Nsn Nsn 1212 +12V +12V VVS12S12%=( %=( = = * *7-12)12)7-12)12)* *100%=4.79%100%=4.79% 6.68 6.68 24 24 +24V +24V VVS24S24%=( %=( = = * *13-24)24)13-24)24)* *100%=0 %100%=0 % 13 13 電壓誤差均符合要求。電壓誤差均符合要求。2.10 2.10 計算和選取繞組導(dǎo)線線徑計算和選取繞組導(dǎo)線線徑

27、dwndwn=1.13 In=1.13 In J J 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 計算趨膚深度計算趨膚深度 66.1 66.166.1 66.1 S S = = = = 0.29 mm = = 0.29 mm f 50 f 50* *10103 3 一次繞組：一次繞組：dwpdwp = 1.13 0.64 = 0.52 = 1.13 0.64 = 0.52 取取0.5mm0.5mm 3 3 二次繞組：二次繞組：+5V dwn1 = 1.13 1 = 0.65 +5V dwn1 = 1.13 1 = 0.65 取取0.5mm 60.5mm 6股股 3 3 +12V, 0.5,

28、4+12V, 0.5, 4股股 -12V, 0.5, 2-12V, 0.5, 2股股 +24V, 0.5, 2+24V, 0.5, 2股股 偏置偏置, 0.4, , 0.4, 單股單股 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 變壓器繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計變壓器繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計 變壓器線路圖如下：變壓器線路圖如下： 0.5/310.5/31匝匝 0.50.5* *2/62/6匝匝 0.5/310.5/31匝匝 0.50.5* *4/44/4匝匝 0.50.5* *6/36/3匝匝 0.4/70.4/7匝匝 0.50.5* *2/72/7匝匝 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 變變壓器繞制

29、結(jié)構(gòu)如下：壓器繞制結(jié)構(gòu)如下： 0.06/30.06/3層層 偏置繞組偏置繞組 0.06/30.06/3層層 一次繞組一次繞組 0.06/30.06/3層層 二次繞組二次繞組 0.06/30.06/3層層 一次繞組一次繞組 3mm3mm 反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(2)技術(shù)部培訓(xùn)教材 2.11 2.11 計算變壓器損耗計算變壓器損耗1 1）銅損：）銅損：Pcun = NnVPcun = NnV* * MLT MLT* *RnRn)In)In2 2 MLT = 2E+2C=2MLT = 2E+2C=2* *25.27+225.27+2* *9.35=69.24mm9.35=69.24mm初級銅損：初

30、級銅損： PcupPcup=(62=(62* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085)0.640.085)0.642 2 =0.15W 149W =0.15W 149W次級銅損：次級銅損： PcuPcu+5V=(3+5V=(3* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/6)30.085/6)32 2 =0.026W 0.07W =0.026W 0.07W PcuPcu+12V=(4+12V=(4* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/4)20.085/4)22 2 =0.024W 0.06W =0.024W 0.06W Pcu Pcu+24V=(6+24V=(6* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/2)10.085/2)12 2 =0.018W 0.05W =0.018W 0.05W Pcu Pcu-12V=(7-12V=(7* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/2)10.085/2)12 2 =0.021W 0.06W =0.021W 0.06W總銅損：總銅損： PcuPcu=0.15+0.026+0.024+0.018+