開關(guān)電源變壓器設(shè)計

1、.開關(guān)電源變壓器設(shè)計前言變壓器設(shè)計原則系統(tǒng)輸入規(guī)格變壓器設(shè)計步驟4.1選擇開關(guān)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 計算繞組的銅損變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝實例設(shè)計12WFlyback變壓器設(shè)計前言反激變換器優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單成本低廉容易得到多路輸出應(yīng)用廣

2、泛,比較適合100W以下的小功率電源設(shè)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 高輸入電壓,輕載條件下變壓器工作在非連續(xù)電流模式 變壓器設(shè)計原則溫升安規(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110C。因此,溫升在規(guī)定范圍內(nèi),是我們設(shè)計變壓器必須遵循的準則。成本開關(guān)電源設(shè)計中,成本是主要的考慮因素,而變壓器又是電源系統(tǒng)的重要組成部分,因此如何將變壓器的價格,體積和品質(zhì)最優(yōu)化,是開關(guān)電源設(shè)計者努力的方向。系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓：Vacmin Vacmax輸入頻率：fL輸出電壓：Vo輸出電流：Io

3、工作頻率：fS輸出功率：Po預(yù)估效率：最大溫升：404.0變壓器設(shè)計步驟4.1選擇開關(guān)管和輸出整流二極管開關(guān)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?qū)▔航禐閂F4.2計算變壓器匝比考慮開關(guān)器件電壓應(yīng)力的余量開關(guān)ON：0.8VD Vin max / N+Vo開關(guān) OFF ：0.8VMOS N + Vin max匝比 ： Nmin N Nmax.4.3確定最低輸入電壓和最大占空比輸入濾波電容：2F3F/W最低輸入電壓Vin min = (.最低輸入電壓,最大功率時,占空比最大DmaxDmax =N ( 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

4、重載,變壓器經(jīng)歷從DCMBCM 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按照最小輸入電壓,最大輸出功率的條件計算Po=1/3Pomax時,變換器工作在BCMPo1/3Pomax時,變換器工作在CCMBCM模式下,最小輸入電壓時的平均輸入電流.Iin-avg = 1變壓器初級臨界電流峰值Ip1 = Ipk1 = 2 .4.6 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 = 1fs變壓器初級電感量Lp =V4.7 選擇變壓器磁芯基于輸出功率和開關(guān)頻率計算面積乘積,根據(jù)面積乘積來選擇磁芯APp = PKo是窗

5、口的銅填充系數(shù)：取 Ko=0.4Kc是磁芯填充系數(shù)；對于鐵氧體磁芯取 Kc=1Bm是變壓器工作磁通密度,取Bmj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Ae4.8 計算變壓器初級、次級匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長度初級繞組的匝數(shù)Np = V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 = Ns / 氣隙長度 :lg = 0.4 4.9 滿載時峰值電流CCM時,Tonmax固定不變輸入電壓不變,BCM的Tonma

6、x等于CCM的TonmaxTonmax內(nèi),電感電流線形上升增量Ip1 = Vin min Ton max低輸入電壓,滿載條件下Po = 12 Lp 變壓器初級峰值電流Ipk2 = P4.10 最大工作磁芯密度BmaxBmax = Lp 如果BmaxBsat,則證明所選擇的磁芯通過,否則應(yīng)重新選擇4.11 計算變壓器初級電流、副邊電流的有效值.梯形波電流的中值：Ia = Ipk - I電流直流分量 ：Idc = Dmax Ia電流有效值 ： Iprms = IaD電流交流分量 ：Iac = IaD.4.12 計算原邊繞組、副邊繞組的線徑,估算窗口占有率導(dǎo)線的橫截面積自然冷卻時,一般取電流密度j=

7、4A/mm2初級繞組：Sp=Iprms/4副邊繞組：Ss=Isrms/4線徑及根數(shù)集膚深度= 6.61 / fs導(dǎo)線線徑不超過集膚深度的2倍,若超過集膚深度,則需多股并繞根據(jù)安規(guī)要求考慮加一定寬度的擋墻窗口占有率K0Aw Np Rp2+ Ns 4.13計算繞組的銅損根據(jù)導(dǎo)線的電阻和集膚深度,確定每個繞組的銅損耗總損耗一定要小于預(yù)算損耗,溫升經(jīng)驗公式T 800 4.14變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝骨架的選取 ：累計高度、寬度繞法 ： 初級和次級交錯式繞法：漏感小5. 設(shè)計實例12W開關(guān)電源變壓器設(shè)計系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓：90Vac265Vac輸入頻率：50Hz輸出電壓：12V輸出電流：1.0A輸出功率：

8、Po=12W開關(guān)頻率：50kHz預(yù)估效率：0.75輸入最大功率：Pin=16W變壓器最大溫升：40開關(guān)管MOSFET和輸出整流二極管開關(guān)管MOSFET耐壓: Vmos=600V輸出二極管：反向壓降VD=100V 5.3計算變壓器匝比0.8 VD Vin max / N + Vo0.8 100 375 / N +120.8 Vmos N + Vin max0.8 600 N +3755.5 N 8.4取 N = 6最低輸入電壓和最大占空比選擇Cin=22F最低輸入電壓：Vin min = (2Vac min最大占空比 ：Dmax = N (Vo+ 計算初級臨界電流均值和峰值Iin-avg = 1

9、3 Ip1 = Ipk1 = 2 Iin-avgD5.6最大導(dǎo)通時間和初級電感量最大導(dǎo)通時間 ：Ton max = 1fs Dmax變壓器初級電感量 ： Lp = Vin minTon max5.7 變壓器磁芯面積APp = 12 106查表EF20 Ae=0.335cm2,Aw=0.6048cm2AP=Aw*Ae=0.202cm20.066cm25.8 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Np = 77 9.8 10-60.335 160010Ns = 140 / 6 = 23.3 Ts 取 Ns = 23 Ts Ncc = 19 23 / 12.5 35 Tslg =0.45.

10、9 滿載時峰值電流、最大工作磁通密度Ipk2 = Po / VinminDmax + IpBmax = Lp Ipk2Ae Np= 2.65.10 變壓器初級電流、副邊電流的有效值原邊各電流：電流中值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Iac = 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 / fs= 6.61 / 50 導(dǎo)線的橫截

11、面積：電流密度j=4.25A/mm2初級繞組：Sp=0.068mm20.25mm1PRDC=4.523m/cm副邊繞組：Ss=0.328mm20.40mm2PRDC=0.892m/cm Vcc繞組：Scc=0.1/4.2=0.024mm20.1mm2P窗口占有率：0.4 60.48 140 0.1252 + 23 0.22 + 35 0.08224.2 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lNp=14023.5=329cm副邊lNs =2323.5=54.0cm各繞組直、交流電阻：原邊Rpdc=1.45Rpac=2.38副邊Rsdc=0.024Rsac=0.038Vcc繞組電流過小,忽略繞組損耗各繞組損耗：Pu = 0.30W P5.13 計算繞組的鐵損計算鐵損：查磁芯損耗曲線,PC40在B=0.15T時為80mW/cm3鐵損PFe = 80 1.5 = 0.12 W估算溫升總損耗Ploss = 0.12 + 0.30 = 0.42 W經(jīng)驗公式T 800 0.4234 33.5 60.48= 22設(shè)計 OK5.14 變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝繞線寬