開關電源變壓器設計.docx

1、開關電源變壓器設計1. 前言變壓器設計原那么2. 系統(tǒng)輸入規(guī)格變壓器設計步驟4.1選擇開關管和輸出整流二極管4.2計算變壓器匝比4.3確定最低輸入電壓和最大占空比4.4反激變換器的工作過程分析4.5計算初級臨界電流均值和峰值4.6計算變壓器初級電感量4.7選擇變壓器磁芯4.8計算變壓器初級匝數(shù)、次級匝數(shù)和氣隙長度4.9滿載時峰值電流4.10最大工作磁芯密度Bmax4.11計算變壓器初級電流、副邊電流的有效值4.12計算原邊繞組、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率4.13計算繞組的銅損4.14變壓器繞線構造及工藝3. 實例設計一12WFIyback變壓器設計1-前言反激變換器優(yōu)點：電路構造簡單本錢低

2、廉容易得到多路輸出應用廣泛，比擬適合100W以下的小功率電源設計難點變壓器的工作模式隨著輸入電壓及負載的變化而變化低輸入電壓，滿載條件下變壓器工作在連續(xù)電流模式（CCM） 高輸入電壓，輕載條件下變壓器工作在非連續(xù)電流模式（DCM）變壓器設計原那么溫升安規(guī)對變壓器溫升有嚴格的規(guī)定。Class A的絕對溫度不超過90C：Class B不能超過110Co因此，溫升在規(guī)定范圍內，是我們設計變壓器必須遵循的準那么。 本錢升關電源設計中，本錢是主要的考慮因素，而變壓器又是電源系統(tǒng)的重要組成局部，因此如何將變 壓器的價格，體積和品質最優(yōu)化，是開關電源設計者努力的方向。2. 系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓：Vacmin

3、 Vacmax輸入頻率：fL輸出電壓：Vo輸出電流：Io工作頻率：fs輸出功率：Po預估效率：n最大溫升：40C4.0變壓器設計步驟4.1選擇開關管和輸出整流二極管開關管MOSFET:耐壓值為Vmos輸出二極管:肖特基二極管最大反向電壓Vd正向導通壓降為Vf4.2計算變壓器匝比考慮開關器件電壓應力的余量(Typ.=20%)開關 ON： 0.8 * Vd Vin max / N+ Vo開關 OFF : 0.8 Vmos N (Vo+ Vf) + Vin max匝比 ：Nmin N Nmax4-3確定最低輸入電壓和最大占空比ViraniaVirania輸入濾波電容：2此3口F/WVin min =

4、Vin min =最低輸入電壓(假設tc=3ms )最低輸入電壓，最大功率時，占空比最大DmaxDmaxN （七+匕）N（七+匕）+匕4.4反激變換器的工作過程分析低輸入電壓時，負載從輕載到重載，變壓器經(jīng)歷從DCM-BCM CCM的過程 高輸入電壓時，負載從輕載到重載，變壓器一直工作在DCM4.5計算初級臨界電流均值和峰值Po=1/3Pomax 時，Po1/3Pomax 時,Po=1/3Pomax 時，Po1/3Pomax 時,按照最小輸入電壓，最大輸出功率（Pomax）的條件計算 變換器工作在BCM 變換器工作在DCM 變換器工作在CCMBCM模式下，最小輸入電壓時的平均輸入電流變壓器初級臨

5、界電流峰值2 x lin _ avgmax13 r inin-avg = Vin4.6計算變壓器初級電感量最低輸入電壓，BCM條件下，最大通時間Ton max = s X Dmax變壓器初級電感量M x Ton max4.7選擇變壓器磁芯基于輸出功率和開關頻率計算面積乘積，根據(jù)面積乘積來選擇磁芯Po x 106APp= 2 x x K。x x 介 x X，K。是窗口的銅填充系數(shù)：取K=0.4Kc是磁芯填充系數(shù)；對于鐵氧體磁芯取Kc=11Bm是變壓器工作磁通密度，取Bm - 2 Bsatj是電流密度，取j = 4.2A/mm2考慮繞線空間，盡量選擇窗口面積大的磁芯，查表選擇Aw和Ae初級繞組的匝

6、數(shù)in min X on max 8 X10初級繞組的匝數(shù)in min X on max 8 X104.8計算變壓器初級、次級匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長度Np增加或者減小匝數(shù)只會分別引起磁芯損耗減小或增加在100kHz條件下，損耗與B2.86成正比，匝數(shù)減小5%會使磁芯損耗增加15% 次級繞組匝數(shù)Ns = Np/N 輔助繞組匝數(shù) Ncc = ( Vcc + 1) X Ns/(Vo+ Vf)20.4 n x Ae x N4.9滿載時峰值電流CCM時，Tonmax固定不變輸入電壓不變，BCM的Tonmax等于CCM的Tonmax 匕 g” X TgxTonmax內，電感電流線形上升增量牌=LP =

7、 Mp21低輸入電壓，滿載條件下P=rx n X Lp X (Fpk2- Fpko) x fs PM g變壓器初級峰值電流Ipk2= min X Dmax 24.10最大工作磁芯密度BmaxLp X Ipk2 8 e 777； x 10 e Dmax = e P Dsat如果Bmax Vin max /N+V。今0.8 x 100375/N+120.8 VmosN , (Vo+Vf) + Vinmax0.8 x 600 N X (12 + 0.5)+375 5.5N0.066cm25.8變壓器初級匝數(shù)、次級匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長度-677 x 9.8 x 108x 1 0Np= 0.335

8、 x 1600= 140.7 取 Np= 14OTsNs = 140/6 = 23.3 Ts 取 Ns = 23 TsNcc= 19 x 23/12.5 Q 35 Ts20.4tt x 33.5 x 140lg= 2.6= 0.2 mm5.9滿載時峰值電流、最大工作磁通密度Po / TA/p 16lpk2= Vinmin x Dmax + 2 = 77 x .49+ 0.14 = 0.56 A一 oLp x lpk2 2.6 x 10 x 0.56 qx 10Bmax = Ae xNp =0.335 x 140= 3100G 3900G5.10變壓器初級電流、副邊電流的有效值原邊各電流：電流中

9、值Ipa = 0.42A電流有效值Iprms = 0.29A電流直流值Ipdc = 0.20A電流交流值Ipac = 0.208A 副邊各電流：電流直流值Isdc = 1A電流有效值Isrms = 1 .38A電流中值Isa = 1.92A電流交流值lac = 0.959A5.11計算原邊、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率線徑及根數(shù)集膚深度 $= 6.61 / 匯=6.61 / 50 X 103 = 0 29 cm導線的橫截面積：電流密度j=4.25A/mm2初級繞組：Sp=0.068mm2O0.25mmx1P-*RDc=4.523mQ/cm(100 140 xttxq.1252 +23 x x

10、 0.22 + 35 x it x0.08224.2 13.6 OK5.12計算繞組的銅損平均匝長lav=23.5mm各繞組繞線長度：原邊 Np=140x23.5=329cm副邊 Ins =23x23.5=54.0cm各繞組直、交流電阻: 原邊 RPdc=1.45QRPac=2.38Q副邊 Rsdc=0.024QRsac=0.038QVcc繞組電流過小，忽略繞組損耗 各繞組損耗：(p = I 2 x R，+ I 2 x R = 0.22W p prms pdc pac pac22Pu = 0.30WP = I x R . + I x R = 0.08VK , I s srms sdc sac sac5.13計算繞組的鐵損計算鐵損：查磁芯損耗曲線，PC40A B=0.15T時為80mW/cm3鐵損 PFe = 80 x 1,5=0.12 W估算溫升總損耗 Pioss = 0.12 + 0.30 = 0.42 W800 X 0.42經(jīng)歷公式廣 a 34 x 33.5 x 60A8=22V 40C 設計OK5.14變壓器繞線構造及工藝繞線寬度高度累計查 EF20 Bobbin 繞線寬度 W=12.1mm,高度 H=2.9m