幾種開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法

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1、RCC方式電源變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法 在RCC設(shè)計(jì)中,一般先設(shè)定工作頻率,如為50K,然後設(shè)定工作DUTY在90V入力,最大輸出時(shí)為0.5 假設(shè)設(shè)計(jì)一功率為12V/1A 1. 最大輸出電流為定格電流的1.2~1.4倍,取1.3倍. 2. 出力電力Pout =Vout Iout = 12V1.3A = 15.6W 3. 入力電力 Pin = Pout/∩=22.3W(RCC效率∩一般設(shè)在65%~75% , 取70%) 4. 入力平均電流Iin=Pin/Vdc(INmin)=22.3/85*1.2=0.22( Vin(DCmin) = Vac(Inmin)1.2)

2、5. T=1/swF=1/50K=20uS Ton=Toff=10uS 6. Ipk=Iin入力平均電流*2/DUTY=0.22*2/0.5=0.88 7. 一次側(cè)電感量Lp=Vin(DCmin)*Ton/Ipk=102*10/0.88=1159uH取1160uH 8. 選擇磁芯,根據(jù)磁芯規(guī)格,選擇EI28. Ae=0.85CM^2 動(dòng)作磁通=2000~2800取2000(當(dāng)然,這是很保守的作法) 9. Np=Ipk*Lp*K/Ae*▲Bm=(0.88*1160*100)/(0.85*2000)=60Ts 10. Ns=(Vout+Vf)*Np/Vin(DCmin)=7.6

3、 取8Ts 11. 輔助電壓取5V(電晶體) 如功率管使用MOSFET則應(yīng)設(shè)為11V 12. Vin(DCmin)/Np=Vb/Nb----Nb=2.94 取3Ts 故變壓器的構(gòu)造如下: Lp=1160uH Np=60Ts Ns=7Ts Nb=3Ts 以上采用三明治繞法: 三明治繞法詳解: 所謂三明治就是夾層繞法,因結(jié)構(gòu)如同三明治一樣,所以叫三明治繞法. 通常會(huì)有兩種繞法: 1. 一次側(cè)平均法,就是a.最底層繞上一半的圈數(shù),b.然後再繞二次側(cè),c.再繞一次側(cè)的另一半.d.再繞Vcc.最常用的做法還會(huì)在二次側(cè)上下兩層各加一銅箔或繞線屏蔽.在小

4、功率上會(huì)起到Y(jié)電容的效果,所以說在小功率上有些人說可以不用Y電容,其實(shí)在整體成本上沒有太大的差別. 2. 屏蔽繞法, 就是a.最底層繞上與二次相同的圈數(shù),b.然後再繞二次側(cè),c.再繞一次側(cè)的其它圈數(shù).d.再繞Vcc.這種方式很少加屏蔽. 當(dāng)然還有很多種不同的配對(duì)方式.但基本原理是一樣的. 三明治的真正用意就是減小漏感,人為的在一次與二次之間加上一個(gè)寄生電容. 用三明治繞法不可以短路為什么？(短路指輸出短路保護(hù)) 設(shè)計(jì)參數(shù)選取有問題。 1. 從理論上說，漏感大了，IP值也就大了，電流模式下的取樣也就大了，短路自然好做，也沒什么奇怪的。

5、 2.三明治繞法可以減小漏感，但會(huì)增加層間電容，所以對(duì)EMI的傳導(dǎo)反而不利，必須在原、副邊跨接一個(gè)Y電容解決。因此，小功率場(chǎng)合一般不采用三明治繞法。 般RCC設(shè)計(jì)時(shí)都把重載低壓定在50KHz. 　 反激式電源設(shè)計(jì)計(jì)算方法 單端反激開關(guān)電源的變壓器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)耦合電感，它要承擔(dān)著儲(chǔ)能、變壓、傳遞能量等工作。下面對(duì)工作于連續(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器　　的變壓器設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。 　　1、 已知的參數(shù) 　　這些參數(shù)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶的需求和電路的特點(diǎn)確定，包括：輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、每路輸出的功率Pout、效率η、開關(guān)頻率fs(或周期T)、線路主開關(guān)管的耐

6、壓Vmos。 　　2、 計(jì)算 　　在反激變換器中，副邊反射電壓即反激電壓Vf與輸入電壓之和不能高過主開關(guān)管的耐壓，同時(shí)還要留有一定的裕量(此處假設(shè)為150V)。反激電壓由下式確定： 　　Vf=VMos-VinDCMax-150V 　　反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后，就可以確定原、副邊的匝比了。 　　Np/Ns=Vf/Vout 　　另外，反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態(tài)，根據(jù)在穩(wěn)態(tài)下，變壓器的磁平衡，可以有下式： 　　VinDCMin?DMax=Vf?(1-DMax) 　　設(shè)在最大占空比時(shí)，當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，原邊電

7、流為Ip1，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，原邊電流上升到Ip2。若Ip1為0，則說明變換器工作于斷續(xù)模式，否則工作于連續(xù)模式。由能量守恒，我們有下式： 　　1/2?(Ip1 Ip2)?DMax?VinDCMin=Pout/η 　　一般連續(xù)模式設(shè)計(jì)，我們令I(lǐng)p2=3Ip1 　　這樣就可以求出變換器的原邊電流，由此可以得到原邊電感量： 　　Lp= DMax?VinDCMin/fs?ΔIp 　　對(duì)于連續(xù)模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1；對(duì)于斷續(xù)模式，ΔIp=Ip2 。 　　可由AwAe法求出所要鐵芯： 　　AwAe=(Lp?Ip22?104/Bw?K0?Kj)1.14 　　在上式中 　

8、　Aw為磁芯窗口面積，單位為cm2 　　Ae為磁芯截面積，單位為cm2 　　Lp為原邊電感量，單位為H 　　Ip2為原邊峰值電流，單位為A 　　Bw為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T 　　K0為窗口有效使用系數(shù)，根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定，一般為0.2~0.4 　　Kj為電流密度系數(shù)，一般取395A/cm2 　　根據(jù)求得的AwAe值選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長(zhǎng)寬之比比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時(shí)可以減小漏感。 　　有了磁芯就可以求出原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式： 　　Np=Lp?Ip2?104/Bw?Ae 　　再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時(shí)

9、求的匝數(shù)不是整數(shù)，這時(shí)應(yīng)該調(diào)整某些參數(shù)，使原、副邊的匝數(shù)合適。 　　為了避免磁芯飽和，我們應(yīng)該在磁回路中加入一個(gè)適當(dāng)?shù)臍庀?，?jì)算如下： 　　lg=0.4π?Np2?Ae?10-8/Lp 　　在上式中，lg為氣隙長(zhǎng)度，單位為cm Np為原邊匝數(shù)， Ae為磁芯的截面積，單位為cm2 Lp為原邊電感量，單位為H 至此，單端反激開關(guān)電源變壓器的主要參數(shù)設(shè)計(jì)完成。我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器的損耗和溫升是否可以接受。同時(shí)，在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意。 反激變壓器設(shè)計(jì)(參數(shù)，步驟)，計(jì)算公式. 本文結(jié)合具體例子，在經(jīng)典書籍基礎(chǔ)上，提供了更簡(jiǎn)潔明了的

10、反激變壓器設(shè)計(jì)方法。并對(duì)較難理解部分做了詳細(xì)解釋。 一、設(shè)計(jì)初始條件： 輸入電壓范圍： AC 85-265V 輸出電壓和電流見下表：（最大輸出功率 50W ，最大輸入功率不大于 75W ）項(xiàng)目特色：低成本、高交叉調(diào)整率。實(shí)現(xiàn)該特色關(guān)鍵在于反激變壓器設(shè)計(jì)。在開關(guān)管開通時(shí)，原邊電流不斷上升，在 Ton 結(jié)束時(shí)至峰值 Ip ，這個(gè) Ip 在開關(guān)斷開的瞬間，會(huì)被傳遞到副邊。最初傳遞到副邊的電流在副邊的分配原則是：大多數(shù)會(huì)傳遞到漏感最小的那一路輸出。如果這一路沒有用做開關(guān)管 PWM 的反饋控制，它的峰值就會(huì)很高。調(diào)試中通過對(duì)該路增加副邊小電感來控制開關(guān)關(guān)斷期間副邊調(diào)整率的變化率，從而實(shí)現(xiàn)了較高的

11、交叉調(diào)整率。 變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)： 設(shè)計(jì)前先要確定參數(shù)：磁芯，預(yù)設(shè)頻率，最大占空比，輸入輸出參數(shù)，預(yù)估效率（用于估算輸入平均電流），設(shè)計(jì)中參數(shù)初選如下： 磁芯采用 NICERA FEER-28L( 詳細(xì)選擇步驟參見 , f ＝ 90kHz ， Dmax ＝ 0.45 ，最小輸入電壓 Vin ＝ 110V ，輸出折合到 5V 電流 10A ，效率 η ＝ 75 ％。 計(jì)算變壓器，一般選擇最低的交流輸入電壓，最大的輸出功率做為工作點(diǎn)，這個(gè)是最苛刻的一個(gè)點(diǎn)，原因見后面分析 A1 。 設(shè)計(jì)步驟： 1 ，根據(jù)法拉第定律，計(jì)算最低輸入電壓，最大負(fù)載條件的原邊乍數(shù)： Np ＝ Vs*To

12、n/( △ Bac*Ae). △ Bac=kBs(k=0.6 ～ 0.8). 在此取 k ＝ 0.6 ， Vs ＝ 110V ， ton ＝ 5μS ， △ Bac ＝ 0.37mT ， Ae ＝ 87mm2 。 代入得到 Np ＝ 28.1 ，取 28 。 2, 根據(jù)輸出輸入電壓計(jì)算副邊乍數(shù)： Ns:Np ＝ Vo （ 1-D ） / 〔 Vp*D 〕。 在此， Np=28 ， Vo=6.3V ， D ＝ 0.45 ， Vp ＝ 110V ，代入得： Ns ＝ 1.96 。考慮實(shí)際線路中，＋ 12V 線圈接于 5V 整流管后，為方便調(diào)試，實(shí)際變壓器取了 3 乍。也就是 Dm

13、ax 大概為 0.36 。副邊伏秒值減小，增加了電能傳輸時(shí)間，利于變壓器工作。 3, 確定開關(guān)開通工作時(shí)，直流成分 Idc 和交流成分 Iac 的大小， Idc 和 Iac 的確定。通過調(diào)節(jié)氣隙大小來實(shí)現(xiàn)。選定原則：變壓器磁通在滿足 △ Bac+ △ Bdc

14、輸入范圍較大，k 可取的大一些， 0.8-1.2 ；輸入范圍小，則可取的小一些，0.4-0.8 。 此時(shí)取 k ＝ 1 ， 110V 輸入時(shí)，此時(shí)平均電流： Is ＝ 75/110 ＝ 0.68A ， 開關(guān)開通時(shí)間平均電流： Ion ＝（ IsxTs ） /ton ＝ 1.98A ，由圖 c ，易得 Idc ＝ Iac ＝ 2/3*Ion ＝ 1.32A ，原邊電感， Lp ＝ (VsX △ t)/Iac ＝ 316μH 。 Lg ＝ μ0*Np2*Ae/Lp=4π* 10-7*282*87/316 ＝ 0.27mm ， 實(shí)際取 0.3mm ，換算實(shí)際 Lp ＝ 285μH ， I

15、ac ＝ 1.46A ， Idc ＝ 1.25A 。 驗(yàn)算 △ Bac+ △ Bdc

16、 4 。－ 12V 采用了二次線性穩(wěn)壓，采用 8 乍，供電繞組也是 8 乍。 交叉調(diào)整率的調(diào)試 通過在副邊增加小電感 Lg1 ， Lg2 來控制開關(guān)關(guān)斷初期，副邊繞組電流的分配。如下圖。 Lg1 ， Lg2 具體電感值可參考以下式子： 以上總結(jié)了反激多路輸出變壓器設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1 、 確定原邊直流、交流峰值比，此值決定開關(guān)電源工作模式（ DCM ， CCM ）。 2 、 通過增加小電感，改善反激多路輸出交叉調(diào)整率的方法。 綜上所述：最大占空比 Dmax （或者乍比）， △ Bac （或者 Np ）， Lg （或者 Lp ）是變壓器的關(guān)鍵因素。他們決定了變壓器的

17、主要參數(shù)： Dmax 決定了乍比，在頻率確定時(shí)，影響著伏秒值和能量傳輸時(shí)間，和 Vds 有直接關(guān)系； △ Bac ，決定最小 Np ，在 Np ＝ Vs*Ton/( △ Bac*Ae) 中，當(dāng) △ Bac ＝ Bs ，得到的 Np 最小值，小于此值，就不能通過增大氣隙使變壓器遠(yuǎn)離飽和。 Lg （或者 Lp ），決定了 Iac ，由于變壓器最大儲(chǔ)能＝ 1/2LpI2 ，所以進(jìn)而決定了變壓器最大儲(chǔ)能。 問題： 1 、計(jì)算原邊乍數(shù)時(shí)，曾取 △ Bac=kBs(k=0.6 ～ 0.8) ，為什么？ 2 、計(jì)算變壓器，一般選擇最低的交流輸入電壓，最大的輸出功率做為工作點(diǎn)，這個(gè)是最苛

18、刻的一個(gè)點(diǎn)。為什么？ 3 、 開關(guān)開通時(shí)原邊直流成分是否參與了能量傳遞？ 4 、 《開關(guān)電源的原理和設(shè)計(jì)》中有段話： 自我功率限制系統(tǒng)是什么原因？ 簡(jiǎn)答 1 ， 2 ，從 Np ＝ Vs*Ton/( △ Bac*Ae) ， 從變壓器最大儲(chǔ)能＝ 1/2LpI2 ＝ 1/2Lp （ VsTon/Lp ） 2 ＝ 1/2 （ Vs*Ton ） 2/Lp ，易于理解。 單端反激式開關(guān)變壓器設(shè)計(jì)

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