開關(guān)變壓器設(shè)計(共14頁)

1、 開關(guān)電源變壓器設(shè)計 （草稿）開關(guān)變壓器是將DC電壓通過自激勵震蕩或者IC它激勵間歇震蕩形成高頻方波通過變壓器耦合到次級,整流后達到各種所需DC電壓變壓器在電路中電磁感應(yīng)的耦合作用達到初次級絕緣隔離輸出實現(xiàn)各種高頻電壓目的減小變壓器體積降低成本使設(shè)備小形化節(jié)約能源提高穩(wěn)壓精度 N工頻變壓器與高頻變壓器的比較 工頻 高頻E4.4f N Ae Bm f=50HZ E4.0f N Ae Bm f=50KHZ N Ae Bm效率 =60-80 % (P2P2+Pm+ PC) >90% (P2P2+Pm) 功率因素 Cos=0.6-0.7 (系統(tǒng)100W供電142W) Cos>0.90 (系

2、統(tǒng)100W供電111W)穩(wěn)壓精度 U%=1% (U20-U2U20*100) U<0.2%適配.控制性能 差 好體積.重量 大 小EMI濾波電路整流濾波隔離變壓器整流濾波電路PWM控制電路間隙震蕩功率因素改善保護電路IC光電耦合電路取樣放大AC AC DC DC SPS開關(guān)電源方框圖分立組件IC（典形電路）開關(guān)變壓器主要工作方式一.隔離方式: 有隔離; 非隔離 (TV&TVM11)二.激勵方式: 自激勵; 它激勵 (F+ & IC)三.回饋方式: 自回饋; 它回饋 (F- & IC)四.控制方式: PWM: PFM (T & TON)五.常用電路形式: F

3、LYBACK & FORWARD非隔離:P-S共享地俗稱熱底板有隔離:P-S不共享地一.隔離方式: S2S1P=300V220V*2-VDF取樣分立組件震蕩P=300VS1=120VS1=110VS2=57VF激勵S3=16V分立組件 自激勵用變壓器F+自激勵震蕩它激勵用集成IC它激勵間歇震蕩二.激勵方式: S1=85VS1=120VS1=120VS2=12VS1=40VP=40VP=300VS3= ±12VF+=5VVS2=5V控制電路 Vo Vi 單端反激勵 (Flyback)控制電路 Vo Vi Tr 單端正激勵 (Forward) -Tr +Tr:Ton IRL IR

4、L開關(guān)變壓器主要設(shè)計參數(shù)靜態(tài)測試參數(shù): RDC. L. LK. LDC. TR. IR. HI-POT. IVO-P. Cp. Z. Q.動態(tài)測試參數(shù): Vi. Io. Vo. Ta. U. F Dmax. 材料選擇參數(shù) CORE: P. Pc. ui. AL. Ae. Bs. WIRE: . Imax. HI-POT. BOBBIN: UL94 V-O.( PBT. PHENOLIC. NYLON). TAPE: . h. HI-POT. 制程設(shè)置要求PN(SOL.SPC).PN/PN.PN-PN. SN(SOL.SPC).n. Mtape:&w TAPE:&w. V. 三.

5、回饋方式: 它反饋用集成IC接受輸出光電耦合信號調(diào)整Ton,達到輸出穩(wěn)定自反饋用變壓器F-同步于主輸出調(diào)整理Ton,達到輸出穩(wěn)定; 它 ICS1=120VS2=5VS1=85VS3= +20VS4= +12VP=300VP=300V220V*2-VDF+=5VS2=26VS3=16VF-= 12VS1=120V激勵取樣分立組件F=8V四.控制方式: PWM: PFMTon恒定T可變Ton可變T恒定脈沖寬度調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制五.常用電路形式: 單端反激勵FLYBACK 單端正激勵 FORWARD控制電路VoViTr控制電路VoViTrTonRfzToffRfz 開關(guān)變壓器主要設(shè)計參數(shù)靜態(tài)測試參數(shù)

6、: RDC. L. LK. LDC. TR. IR. HI-POT. IVO-P. Cp. Z. Q.動態(tài)測試參數(shù): Vi. Io. Vo. Ta. U. F Dmax. 材料選擇參數(shù) CORE: P. Pc. ui. AL. Ae. Bs. WIRE: . Imax. HI-POT. BOBBIN: UL94 V-O.( PBT. PHENOLIC. NYLON). TAPE: . h. HI-POT. 制程設(shè)置要求. 傳遞磁能區(qū)間增加加GAP曲線Br下降B增加傳遞能力增大Bs:飽和磁通(束)密度Br:殘留磁通(束)密度Hs: 飽和磁場強度Hc:保磁力(矯頑力)Ui:初始導(dǎo)磁率單端反激勵FL

7、YBACK調(diào)節(jié)TON使能量守恒定1/2*LP*IPK2=1/2*LS*ISK2Ton Br BmI2BacIdcHBBdcBmBrToff Bm Br開關(guān)變壓器應(yīng)用磁滯回線描述 變壓器導(dǎo)通Ton和截止Toff的變化單端反激勵(Flyback)一.波形Ton 變壓器能量守恒就是利用Ton調(diào)整VoViDmax=Ton/TToffT=1/fTon=1/f*DmaxIpCL放電電流IpkIrI磁通變化 B BBmr單端反激勵(Flyback)波形分為:臨界狀態(tài),非連續(xù)狀態(tài), 連續(xù)狀態(tài)(常用狀態(tài)).二.設(shè)計公式Po=12LIpk2*f () Vimin=Ipk*LpTonPoVimin Ipk=2PoD

8、maxVimin ( Po=VoIo)Vimin*Ton=Ipk*Lp Lp=Vimin*Dmax Ipk*fNp=Lp*Ipk Ae*B Np= B*Ig 0.4*Ipk4 Ig=0.4LpIpk2Ae*B2Vo+VD=Vimin*(Dmax1-Dmax)*Ns/NpNs=(VO+VD)*(1-Dmax)*NpVimin* Dmax Core=g/w(f=20kHzREF) Dmin=Dmax(1-Dmax)K+Dmax K=Vimax/Vimin單端反激勵(Flyback)設(shè)計例題一條件Vi =170V270V f= 30KHZ Vo= 5V, Io=20A, Dmax=0.45(設(shè)計取值

9、) 設(shè)計1) Vi min=170*1.4-20=218V, Vi max=270*1.420=358V Vi min=170*2-(VD.U) Vi max=270*2-(VD.U) Vi min= (ViACMIN)2- 2Po(1/2fL -tc)2) Ipk=2*5*20218*0.45=2.04A CIN Ipk=2PoDmaxVimin ( Po=VoIo) Po=12LIpk2*f ()3) Lp=218*0.452.04*30000=1.6mH Lp=Vimin*Dmax Ipk*f4) K=358218=1.64 K=Vimax/Vimin5) Dmin=0.45(1-0.4

10、5)*1.64+0.45=0.332 Dmin=Dmax(1-Dmax)K+Dmax6) CORE查表100W 選擇 EER4215 Ae=183mm2(1.83cm2) Bs=390mT(3900Gs) Core=g/w(f=20kHzREF)7) WIRE查表 或S=I/3=20/3=2.58mm 選"銅箔"為佳.P=2.04/3=0.82, 選0.60X2 r2* (2.58/2)2*3.14=5.225 選擇19#,=0.98*7 (0.98/2)2*3.14*7=5.277（4Pin并繞）8) Ig=(0.4*3.14*1.6*10-3*2.0421.83*195

11、02 )*108=0.12cm Ig=0.4LpIpk2Ae* B29) Np=1950*0.120.4*3.14*2.04=91.32T . Np=(0.0016*2.041.83*1950)*108=91.46T Np=B*Ig 0.4*Ipk Np=Lp*Ipk Ae*B10) Ns=(5+1)*(1-0.45)*91218*0.45=3.06T 11）P=1/2*1.6*2.042*30=96W Ns=(VO+VD)*(1-Dmax)*NpVimin* Dmax P=1/2LI2*f 另一種法,計算參數(shù)查找麻煩單端正激勵(Forward)UCE能量再生線圈和波形一波形2UCE二設(shè)計公式

12、單端正激勵(FORWARD)設(shè)計例題一已知條件 輸入電壓 Vi= 48V (3660V), 額定輸出電壓電流Vo=5.0VIo=11A額定輸出功率55W. 最大輸出功率65W f=470kHz (450500 kHz) max=0.42 =82 設(shè)計步驟: 選擇PC50. 3F3. N49等材質(zhì) 選PC50. EPC25. Ae: 46.4mm2. Le: 59.2mm. BS: 3800GS 1): Ipk= Ic= 2POUT / Vinmin= 2*65 / 36= 3.6A 2): Np= Vinmax*108 / (4FBmax*Ae) 取Bmax=2000G = 60*108 /

13、(4*450K*2000G*0.464)= 4TS, 調(diào)整為6TS 3): Ns= Np *(Vo+VD) / (Vi*max) = 4* (5.5+1)/(36*0.42)= 1.7TS 調(diào)整為2TS 4): 回饋繞組. N= Np*(15+1) / (36*0.42)= 6*16/(36*0.42)= 6TS 5): 選擇繞組線徑 Np: 0.1*120C Ns: 0.1*200C N: 0.25 6): 由于為安全電壓.故不須包MARGIN TAPE. 單端正激勵(FORWARD)設(shè)計例題二已知條件 輸入電壓 Vi= 100V (85V135V), 額定輸出電壓電流Vo=5.0V(4.5

14、-5.5)Io=20A f=200kHz max=0.42 設(shè)計步驟: 選擇PC40.TP4等材質(zhì) 選TP4. EE28C. Ae: 87.4mm2. BS: 3800GS 取Bmax=2000G 1): T=1/fo=1/200K=5us 2): Tonmax=T*Dmax=5*0.42=2.1us 3): V2min=(Vo+VL+VF)*T/Tonmax=(5.5+0.2+0.5)*5/2.1=14.8V 4): n=V2min/V1min=14.8/100=0.148 5): N2=(V2min*Tonmax/Bs*Ae)*104 =(14.8*2.1/2000*87.4)* 104=

15、1.83T2T 6): N1 =N2/ n=2/0.148=13.5T14T Tonmax=(Vo+VL+VF)*T/ V2min=2.09 Dmax= Tonmax/T=2.09/5=0.4180.42優(yōu)化設(shè)計舉例1）繞線空間設(shè)計: 變壓器繞線空間設(shè)計得好使其耦合傳遞最佳發(fā)揮功率更佳干擾更?。?） （2） P S （1） 要求電流較大漏感較小P&S均可采用分層繞法（1）（3）例一ETD44 AV音響主功率變壓器 12 035 X7 25T12 021 X10X2 25T79 035 X9 5T79 035 X9 5T23 021 X10X2 25T 23 035 X7 25T減小繞線

16、高度對理線較合理（1）（3） 例二EI22 DVD輔助變壓器1X 030 8T 12 025 16T6-8-6-8-6-9-6-9-X2 030 8T 12 025 16T增強耦合性能采用并聯(lián)繞線合理安排接線工藝減小漏感（3） （2） 例三EER28 DVD主功率變壓器 3-4 0.40 25T17-15 0.40X2 4T 4-2 0.40 25T14-13- 2-1 0.40 25T 3-4 0.40 25T17-15 0.40X5 4T 4-2 0.40 25T14-13- 2-1 0.40 25T加大耦合減小漏感提高負(fù)載能力17-15 0.40X2 4T2）絕緣空間設(shè)計隨著變壓器的小形

17、化可以根據(jù)爬電距離來實現(xiàn)安全性能要求設(shè)計產(chǎn)品的目的主要滿足用戶要求符合安全性能規(guī)定1干燥空氣爬電耐壓距離 經(jīng)驗距離為1mm /1000V2TAPE（00250065）PS三層規(guī)定 1層>4000V 延伸變形后1500V3S線圈S線圈之間爬電耐壓距離 1500V 1.5mm4邊緣膠帶MARGINTAPE爬電耐壓距離 邊緣安膠W=3mm可根據(jù)Vi電壓W1.52.mm5采用TEXE線解決耐壓距離 三重絕緣線 層>6000V 延伸變形后耐壓下降6膠帶絕緣層解決耐壓距離 膠帶村墊SOL一層SPC二層反貼膠帶等7規(guī)格耐壓條件(3.0KV/60 2mA) 制程條件UL3.0KV 1.2倍/2 2

18、mA8層間耐壓要求 層間耐壓測試要求與AN有關(guān)膠帶耐壓測試空氣爬電耐壓測試0.065mm2mm2.0KVCS2670耐壓儀鐵平板40KV鐵平板CS2670耐壓儀常規(guī)安全距離MARGIN TAPE 3mm常規(guī)安全距離MARGIN TAPE 6mmwire-coreTUBE保護woil-woil爬電距離woil-woilTUBE保護3）開關(guān)變壓器的參數(shù)分析一漏感Lk當(dāng)開關(guān)管達到高速開關(guān)時（截止）由于變壓器的Lk存在開關(guān)管兩端就會產(chǎn)生浪涌電壓整機中可以采用(電壓鉗位電路)來控制.ULL(dic/dt) Uc區(qū)C(dUc/dt) IcIL二分布電容Cp當(dāng)開關(guān)管（導(dǎo)通）由于開關(guān)寄生電容及變壓器Cp產(chǎn)生浪涌電流流向開關(guān)產(chǎn)生很大噪聲整機中可以采用(電流限制電路)來控制.三集膚效應(yīng)線圈中流過高頻電流時在開關(guān)頻率較高電流只在導(dǎo)線的表皮流過稱為集膚效應(yīng)高速開關(guān)下磁力線引起渦流抵消中心電流導(dǎo)線形成空心導(dǎo)體 穿透深度661f（mm） 高頻 >100KHZ, 線經(jīng)不超過穿透深度的兩倍為好例009 0092018 選用0100171.關(guān)于集膚效應(yīng)可選用多股線（滿足b>a a=r2 b= r2*x x= x股線）滿足高頻負(fù)載電流降低變壓器溫升2. 關(guān)于Lk與Cp是一對矛盾一般要求變壓器平衡Lk與Cp參數(shù)Lk不要追求愈小愈好Cp的增加會引起噪聲的增加開關(guān)變壓器GAP&L