(整理)變壓器詳細計算開關(guān)電源3

1、.反激式變換器(Flyback Converter)的工作原理1) .反激式變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖一2) .當開關(guān)管Q1導通時，其等效電路如圖二(a)及在導通時初級電流連續(xù)時的波形，磁化曲線如圖二(b).OVdc反饋控制電路圖一Ip2IP存在其中.由于變壓器初級與次級側(cè)之線圈極性是相反的，因此二極管D1不會導通,輸出功率則由Co來提供.此時變壓器相當于一個串聯(lián)電感Lp,初級線圈電流Ip可以表示為:ip(t尸ip(0)+1/Lp* /TVdc*dtVdc=Lp*dip/dt此時變壓器磁芯之磁通密度會從剩磁 Br增加到工作峰值Bw.3.當Q1截止時，其等效電路如圖三（a）及在截止時次級電流波形磁化曲

2、線如圖三（b）.Bst圖二（b）H當Q1導通,T1之初級線圈漸漸地會有初級電流流過，能量就會儲Ton=D*TVdcIp1BLs IsIo當Q1截止時，變壓器之安匝數(shù)(Ampere-Turns NI)不會改變，因為 ?B并沒有相對的改變.當？B向負的方向改變時(即從Bw降低到Br), 在變壓器所有線圈之電壓極性將會反轉(zhuǎn)，并使D1導通,也就是說儲存 在變壓器中的能量會經(jīng) D1,傳遞到Co和負載上.此時次級線圈兩端電壓為：Vs(t尸Vo+Vf (Vf為二極管D1的壓降).次級線圈電流:is(t尸is(DT)-1/Ls* DTTVS(t)*dtLp=(Np/Ns) 2*Ls (Ls為次級線圈電感量)由

3、于變壓器能量沒有完全轉(zhuǎn)移，在下一次導通時，還有能量儲存在變 壓器中，次級電流并沒有降低到0值，因此稱為連續(xù)電流模式或不完全能量傳遞模式(CCM).三.CCM模式下反激變壓器設(shè)計的步驟1 .確定電源規(guī)格.1) .輸入電壓范圍 Vin=85 265Vac;2) .輸出電壓/負載電流:Vouti=5V/10A,Vout 2=12V/1A;3) .變壓器的效率？=0.902 .工作頻率和最大占空比確定.取:工作頻率fosc=100KHz,最大占空比Dmax=0.45.T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5usToff=10-4.5=5.5us.3 .計算變壓器初與次級匝數(shù)

4、比n(Np/Ns=n).最低輸入電壓Vin(min)=85* A2-20=100Vdc(取低頻紋波為20V).根據(jù)伏特-秒平衡，有：Vin(min)* Dmax= (Vout+ Vf)*(1-Dmax)*n.n= Vin(min)* Dmax/ (Vout+V f)*(1-Dmax)n=100*0.45/(5+1.0)*0.55=13.644 .變壓器初級峰值電流的計算.設(shè)+5V輸出電流的過流點為120%;+5v和+ 12v整流二極管的正 向壓降均為1.0V.+5V 輸出功率 Pout1=(V01 +Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W+ 12V 輸出功率 Pout2=(V02+

5、Vf)*I02=13*1 = 13W變壓器次級輸出總功率 Pout=Pout 1+Pout2=85W如圖四，設(shè) Ip2=k*Ip1, 取 k=0.4Ip 1/2*(Ip 1+Ip 2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/Ip2Ipi=2*Pout/ ?(1+k)*Vin(min)*Dmax=2*85/0.90*(1+0.4)*100*0.45t 麟=3.00AtonIp2=0.4*Ip1=1.20A(圖四)5 .變壓器初級電感量的計算.由式子 Vdc=Lp*dip/dt,得：Lp= Vin(min)*Ton(max)/Ip 1-Ip2= 100*4.5/3.00-1.20=2

6、50uH6 .變壓器鐵芯的選擇.根據(jù)式子 Aw*Ae=Pt*10 6/2*ko*kc*fosc*Bm*j* ?,其中：Pt(變壓器的標稱輸出功率 尸Pout=85WKo(窗口的銅填充系數(shù)尸0.4Kc(磁芯填充系數(shù)尸1(對于鐵氧體),變壓器磁通密度Bm=1500 Gsj(電流密度):j=5A/mm 2;Aw*Ae=85*10 6/2*0.4*1*100*10 3*1500Gs*5*0.90=0.157cm 4考慮到繞線空間，選擇窗口面積大的磁芯，查表：EER2834S鐵氧體磁芯的有效截面積 Ae=0.854cm它的窗口面積 Aw=148mm 2=1.48cm 2EER2834S 的功率容量乘積為

7、Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm 4 0.157cm 4故選擇 EER2834S 鐵氧體磁芯.7 .變壓器初級匝數(shù)及氣隙長度的計算.1) . 由 Np=Lp*(Ip 1-Ip2)/Ae*Bm, 得:Np=250*(3.00-1.20)/85.4*0.15 =35.12 取 Np=36由 Lp=uo*ur*Np 2*Ae/lg, 得 :氣隙長度 lg=uo*ur*Ae*Np 2/Lp=4*3.14*10 -7*1*85.4mm 2*36 2/(250.0*10 -3mH)=0.556mm 取 lg=0.6mm2) .當+5V限流輸出，Ip為最大時(Ip=Ip1=3.00A

8、),檢查Bmax.Bmax=Lp*Ip/Ae*Np=250*10 -6*3.00/85.4 mm 2*36=0.2440T=2440Gs 3000Gs因此變壓器磁芯選擇通過.8 . 變壓器次級匝數(shù)的計算.Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 取 Ns1=3Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 取 Ns2=7故初次級實際匝比 :n=36/3=129 .重新核算占空比Dmax 和 Dmin.1) . 當輸入電壓為最低時: Vin(min)=100Vdc.由 Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n, 得 :Dmax=(Vou

9、t+Vf)*n/(Vout+Vf)*n+ Vin(min) =6*12/6*12+100=0.4182) . 當輸入電壓為最高時: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.Dmin=(Vout+Vf)*n/(Vout+Vf)*n+ Vin(max)=6*12.00/6*12.00+374.7=0.1610. 重新核算變壓器初級電流的峰值Ip 和有效值 Ip(rms) .1) .在輸入電壓為最低 Vin(min)和占空比為Dmax條件下，計算Ip 值和 K 值 .(如圖五)設(shè) Ip2=k*Ipi.實際輸出功率 Pout=6*10+13*1=73W1/2*(Ip 1+Ip 2)*V

10、in(min)*Ton(max)/T= Pout /? (1)K=1-Vin(min)* Ton(max)/(Ip 1*Lp)(2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*2*Pout *T/ ?* Vin(min)*Ton(max)+Vin(min)* Ton(max)/Lp=0.5*2*73*10/0.90*100*4.18+100*4.18/250.0=2.78AK=1-100*4.18/2.78*250=0.40Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A2) .初級電流有效值Ip(rms)=Ton/(3T)*(Ip1 2+Ip22+Ip1*Ip2) 1/2=0. 418/3*(2.7

11、8 2+1.112+2.78*1.11) 1/211.次級線圈的峰值電流和有效值電流計算當開關(guān)管截止時,變壓器之安匝數(shù)（Ampere-Turns NI）不會改變, 因為？B并沒有相對的改變.因此開關(guān)管截止時，初級峰值電流與匝數(shù) 的乘積等于次級各繞組匝數(shù)與峰值電流乘積之和（Np*Ip=Ns i*Isip+Ns2*IS2p）.由于多路輸出的次級電流波形是隨各組負載電流的不同而不同，因而次級電流的有效值也不同.然而次級負載電流小的回路電流波形，在連續(xù)時接近梯形波，在不連續(xù)時接近三角 波，因此為了計算方便，可以先計算負載電流小的回路電流有效值1）.首先假設(shè)+12V輸出回路次級線圈的電流波形為連續(xù)，電流

12、波形如下（圖一）：IS2（+12v） tIS2（+12v）（圖六）（圖七）1/2*Is2p+Is2b*toff/T=I02(3)Ls1* Is2P TS2b/toff=V 02+Vf(4)Ls2/Lp=(Ns 2/Np)2(5)由 (3)(4)(5) 式得 :Is2P=1/2*2*I 02/1-D+V 02+Vf*1-D*T*NP 2/Ns22*LP =0.5*2*1/1-0.418+12+1*1-0.418*10*36 2/72*250=5.72AIs2b =I01/1-D-1/2*V 01+Vf*1-D*NP 2/Ns22*LP =1/0.582-0.5*13*0.582*10*36 2/

13、72*250 =-2.28A 0因此假設(shè)不成立.則+ 12V輸出回路次級線圈的電流波形為不連 續(xù) , 電流波形如上( 圖七 ).令+ 12V整流管導通時間為t.將 Is2b=0 代入 (3)(4)(5) 式得 :1/2*Is2P*t/T=I02(6)Ls1*Is2P/t =V02+Vf(7)PLs2/LP=(Ns 2/NP) 2(8)由 (6)(7)(8) 式得 :Is2P=(V02+Vf)*2*I 02*T*NP2/LP*Ns221/2 =2*1*12+1*10*36 2/72*250 1/2t=2*I02*T/ Is2P=2*1*10/5.24=3.817us=5.24A2) .+12V

14、輸出回路次級線圈的有效值電流:Is2(rms)= t /(3T) 1/2*Is2p=3.817/3*10 1/2*5.24=1.87A3) .+5v 輸出回路次級線圈的有效值電流計算:Is1 rms= Is 2(rms)*I 01/I02=1.87*10/1=18.7A12. 變壓器初級線圈和次級線圈的線徑計算.1) . 導線橫截面積:前面已提到,取電流密度j=5A/mm 2變壓器初級線圈:導線截面積= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm 2變壓器次級線圈:(+5V) 導線截面積= Is1 (rms)/j=18.7A/5A/mm 2=3.74 mm 2(+12V) 導線截

15、面積= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm 2=0.374mm 22) . 線徑及根數(shù)的選取.考慮導線的趨膚效應,因此導線的線徑建議不超過穿透厚度的2倍.穿透厚度=66.1*k/1/2k為材質(zhì)常數(shù)，Cu在20c時k=1.=66.1/(100*10 3)1/2=0.20因此導線的線徑不要超過0.40mm.由于 EER2834S 骨架寬度為 22mm, 除去 6.0mm 的擋墻寬度,僅剩下16.0mm 的線包寬度.因此所選線徑必須滿足每層線圈剛好繞滿.3) . 變壓器初級線圈線徑 :線圈根數(shù)=0.26*4/0.4*0.4*3.14=0.26/0.1256=2取00.40*2根并繞18圈，分兩層串聯(lián)繞線.4) .變壓器次級線圈線徑： +5V:線圈根數(shù)=3.74/0.1256=30取00.40*10根并繞3圈，分三層并聯(lián)繞線.+ 12V:線圈根數(shù)=0.374/0.1256=3取00.40*1根并繞7圈，分三層并聯(lián)繞線