反激式開關電源變壓器設計參看.ppt

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1、反激式開關電源變壓器設計,學習培訓教材,,,,一、變壓器的設計步驟和計算公式：1.1 變壓器的技術要求: 輸入電壓范圍； 輸出電壓和電流值； 輸出電壓精度； 效率； 磁芯型號； 工作頻率f； 最大導通占空比Dmax； 最大工作磁通密度Bmax; 其它要求。1.2 估算輸入功率，輸出電壓，輸入電流和峰值電流: 1）估算總的輸出功率：Po=V01xI01+V02xI02 2）估算輸入功率：Pin= Po/ 3）計算最小和最大輸入電流電壓 Vin(MIN)=ACMINx1.414(DCV) Vin(MAX)=ACMAXx1.414(DCV),,,4）計算最小和最大輸

2、入電流電流 Iin(MIN)=PINxVIN (MAX) Iin(MAX)=PINxVIN (MIN)5）估算峰值電流： K POUT IPK = VIN (MIN)其中：K=1.4(Buck 、推挽和全橋電路） K=2.8(半橋和正激電路） K=5.5(Boost，Buck- Boost 和反激電路）,,,,1.3 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，按各種磁芯可傳遞的能量來選擇磁芯，例如下表： 表一 輸出功率與大致的磁芯尺寸的關系 輸出功率/W MPP環(huán)形 E-E、E-L等磁芯 磁芯直徑/（in/mm) (每邊)/(

3、in/mm) <5 0.65(16) 0.5(11) <25 0.80(20) 1.1(30) <50 1.1(30) 1.4(35) <100 1.5(38) 1.8(47) <250 2.0(51) 2.4(60),,,,,,,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“窗口利用因數(shù)”來修整。單繞組電感磁芯尺寸按下式計算： 0.68Pout dwx105 Ap=AwAe= Bmax f 式中： dw ------ 一次繞組導線截面積，單位為：

4、cm2； Bmax ---- 最大工作磁通密度，單位為T； f ------- 工作頻率，單位為Hz; Pout ---- 變壓器總輸出功率，單位為W。 窗口利用因數(shù)按下表計算。,,,,表二 變壓器窗口利用因數(shù) 變壓器情況 窗口 反激式變壓器 1.1 一個二次繞組 1.2 兩個或多個二次繞組 1.3 相互隔離的二次繞組 1.4 滿足UL或CSA標準 1.1 滿足IEC標準 1.2 法拉第屏屏蔽 1.1 用下式按變壓器情況將各窗口利用因數(shù)綜合起來 Knet=Ka.Kb 最后以下式可以估算出變壓器磁芯尺

5、寸 Ap=Knet.Ap 按照上計算AP值,加一定裕度,選取相適應的磁芯.,,,,,,,,1.4 計算一次電感最小值Lpri Vin(min).Dmax Lpri = (H) Ipk f 式中：f單位為Hz1.5 計算磁芯氣隙Lgap 0.4 LpriIpk . 108 Lgap = cm2 AeB2max 其中：Ae = 磁芯有效截面積，單位為cm2 Bmax = 單位為G； Lpri = 單位為H。 按照計算的氣隙量實測出磁芯的AL值。,,,,,1.6 計算一次繞組所需的最大匝數(shù)Npri Lpri Npri =

6、 AL1.7 計算二次主繞組（輸出功率最大的繞組）所需匝數(shù)Ns1 Npri(V01+VD1)(1-Dmax) NS1 = (匝) Vin(min) Dmax 1.8 計算二次其它繞組所需匝數(shù)Nsn (Von+VDn) Ns1 Nsn = (匝) V01 + VD1,,,,,,,,,1.9 檢查相應輸出端的電壓誤差 Vsn Vsn%=(( = Nsn-Vsn)/Vsn)x100% Nsn 式中： Vsn% 相應輸出電壓精度%; Vsn 相應輸出電壓值； Nsn 計算的相應輸出電壓匝數(shù)； Nsn 選取的整

7、數(shù)相應輸出電壓匝數(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Ns1增加一匝，再計算相應輸出繞組匝數(shù)，看能否滿足相應精度，如果這樣修改結果仍不滿足要求，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)，會使變壓器工作磁通密度向小的方向調(diào)整,這可能造成在較低輸入電壓時,輸出無法達到額定的電壓,所以在變壓器設計時要適當?shù)奶幚砗幂敵鲭妷壕群皖~定輸出電壓值的關系.,,,,1.10 計算和選取繞組導線線徑 繞組導線線徑按下式計算dwn= 1.13 In (mm) J 式中： dwm 相應繞組線徑，單位為mm; In 相應繞組額定電流

8、，單位為A； J 電流密度，單位為A/mm2,一般取3-10A/mm2選取各繞組線徑后，按下式計算在開關工作頻率時導線的趨膚深度，如果導線線徑超過趨膚深度，應選用導線截面積相近的多股線繞制。 66.1 S= (mm) f式中：S 導線趨膚深度，單位為:mm; f 開關工作頻率，單位為Hz.,,,,,,,,,,1.11 計算變壓器銅損1）按照選取的磁芯，估算出變壓器平均繞組長度MLT。例如對EE型磁芯MLT估算方法如下： MLT=E+D+（E-D）+2C=2E+2C其它型號磁芯估算MLT可依此方法類推。2）按下試計算各繞組銅損Pcun=(Nn*MLT*Rn)I

9、n2式中：Pcun 第n繞組銅損，單位為瓦 Nn 第n繞組匝數(shù)，單位為匝 MLT 平均繞組長度，單位為m Rn 第n繞組導線每米長電阻，單位為； In2 第n繞組額定電流，單位為A； n 繞組序號，n=1,2,3,,3）按下式計算變壓器銅損Pcu=pcun1.12 計算變壓器鐵損Pc 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.1.13 驗證變壓器損耗是否符合設計要求根據(jù)變壓器規(guī)定的效率按下式計算變壓器的損耗值:PT=Pin-PO=PO/ -PO 若PT （Pcu+Pc),變壓器設計合格，如果計算的（Pcu+Pc)值大于PT值，這時就要依

10、情況調(diào)整繞組導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。,,2. 設計例2.1 變壓器技術指標 輸入電壓：AC90240V ，50/60Hz 輸出：DC+5V，額定電流1A，最小電流0.75A DC+12V,額定電流1A，最小電流100mA DC-12V,額定電流1A，最小電流100mA DC+24V,額定電流1A，最小電流0.25A DC+12V,偏置電流100mA 輸出電壓精度：+5V，+12V：最大+/-5% +24V：最大+/-10% 效 率： =80% 工作頻率：50KHz 工作磁通密度：Bmax=2000G 安 規(guī)：VDE,,2.2 估算輸入功率、輸

11、入電壓、輸入電流和峰值電流1）輸出功率：Po=5V*1A+2*12V*1A+24V*1.5A=65W2) 輸入功率：Pin=Po/=65W/0.8=81.25W3) 最低輸入電壓：Vin(min)=AC90V*1.414=DC127V4) 最高輸入電壓：Vin(max)=AC240V*1.414=DC340V5) 最大平均輸入電流： Iin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64A6) 最小平均輸入電流： Iin(min)=Pin/Vin(max)=81.25WDC340V=DC0.24A7) 峰值電流：Ipk=5.5Po/Vin(min)=5.5*65W

12、/127V=2.81A2.3 確定磁芯型號尺寸按照表1，65W可選用每邊約35mm的EE35/35/10材料為PC30磁芯磁芯Ae=100mm2, Acw=188mm2, W=40.6g2.4 計算一次電感最小值Lpri Vin(min).Dmax 127*0.5 Lpri= = = 452*10-6H=452uH Ipk.f 2.81*50*103此處選Dmax=0.5,,,,2.5 計算磁芯氣隙Lgap值 0.4Lpri.Ipk*108 0.4*452*10-6*2.81*108Lgap= = = 0.04cm=0.4mm Ae B2max

13、 1*(2000)2 查表，EE35/35/10 AL=120uH/N2 Lgap約為0.5mm2.6 計算一次繞組最大匝數(shù)Npri Lpri 452*10-6 Npri = = = 61.4匝 取Npri=62匝 AL 120*10-92.7 計算二次主繞組匝數(shù)NS1（NS1為DC+5V繞組） Npri(V01+VD)(1-Dmax) 62*(5+0.7)*(1-0.5)Ns1= = = 2.78匝 Vin(min)Dmax 127*0.5 取Ns1=3匝此處整流二極管壓降VD=0.7V,,,,,,,,,,,,,,2.8 計算其它次級繞組匝

14、數(shù) (Von+VDn)Ns1 Nsn = V01+VD1 (12+0.7)*3 +12V Nsn = = 6.68匝 取7匝 5+0.7 (24+0.7)*3 +24V Ns24 = = 13匝 取13匝 5+0.7,,,,,2.9 檢查相應輸出端電壓誤差 Vsn Vsn%=(( = *Nsn-Vsn)/Vsn)*100% Nsn 12 +12V VS12%=(( = *7-12)12)*100%=4.79% 6.68 24 +24

15、V VS24%=(( = *13-24)24)*100%=0 % 13 電壓誤差均符合要求。2.10 計算和選取繞組導線線徑 dwn=1.13 In J,,,,,,,,,計算趨膚深度 66.1 66.1 S = = = 0.29 mm f 50*103 一次繞組：dwp = 1.13 0.64 = 0.52 取0.5mm 3 二次繞組：+5V dwn1 = 1.13 1 = 0.65 取0.5mm 6股 3 +12V, 0.5, 4股 -12V, 0.5, 2股 +24V, 0.5,

16、 2股 偏置, 0.4, 單股,,,,,,,,,,,,,,,,,,變壓器繞組結構的設計 變壓器線路圖如下： 0.5/31匝 0.5*2/6匝 0.5/31匝 0.5*4/4匝 0.5*6/3匝 0.4/7匝 0.5*2/7匝,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,變壓器繞制結構如下： 0.06/3層 偏置繞組 0.06/3層 一次繞組 0.06/3層 二次繞組 0.06/3層 一次繞組,,,,,,,,,,,,,,,

17、,,,,,,,,3mm,3mm,,,,2.11 計算變壓器損耗1）銅損：Pcun = NnV* MLT*Rn)In2 MLT = 2E+2C=2*25.27+2*9.35=69.24mm初級銅損： Pcup=(62*69.24*10-3*0.085)0.642 =0.15W 149W次級銅損： Pcu+5V=(3*69.24*10-3*0.085/6)32 =0.026W 0.07W Pcu+12V=(4*69.24*10-3*0.085/4)22 =0.024W 0.06W Pcu+24V=(6*69.24*10-3*0.085/2)12 =0.018W 0.05W Pcu

18、-12V=(7*69.24*10-3*0.085/2)12 =0.021W 0.06W總銅損： Pcu=0.15+0.026+0.024+0.018+0.021=0.239W 2) 鐵損：PC30磁芯在50KHz,2000G時損耗=250mw/cm3=52mw/g Pc=250*10-3 *40.6 =2.1W 4.83) 變壓器總損耗PDT=PCU+PC=0.239+2.1=2.339=2.34W,,,4) 開關電源總損耗估算： 基于MOSFET的反激式變換器的經(jīng)驗方法，開關電源損耗的35%是由MOSFET產(chǎn)生，60%號整流部分產(chǎn)生，其余是變壓器的損耗。效率為80%時，本開關電源總損耗為16.25W.a. MOSFET:PDM=16.25W*0.35=5.7Wb. 整流部分： PD+5V=(5/65）（16.25W）（0.6）=0.75W PD+12V=(12*2/65）（16.25W）（0.6）=3.6W PD+24V=(24/65）（16.25W）（0.6）=3.6Wc. 變壓器部分：PDT= PCU+PC =2.339W開關電源總損耗PD =5.7+0.75+3.6+3.6+2.34=15.72W低于規(guī)定的16.25W,變壓器設計合格。,END本課程講解完畢，進入自由提問階段***謝謝***,