反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì).ppt

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反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)培訓(xùn)教材 一 變壓器的設(shè)計(jì)步驟和計(jì)算公式 1 1變壓器的技術(shù)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(dǎo)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(jì)算最小和最大輸入電流電壓Vin MIN ACMINx1 414 DCV Vin MAX ACMAXx1 414 DCV 4 計(jì)算最小和最大輸入電流電流Iin MIN PINxVIN MAX Iin MAX PINxVIN MIN 5 估算峰值電流 KPOUTIPK 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(guān)系輸出功率 WMPP環(huán)形E E E L等磁芯磁芯直徑 in mm 每邊 in mm 50 65 16 0 5 11 250 80 20 1 1 30 501 1 30 1 4 35 1001 5 38 1 8 47 2502 0 51 2 4 60 第二種是計(jì)算方式 首先假定變壓器是單繞組 每增加一個(gè)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(jì)算 0 68Poutdwx105Ap AwAe Bmaxf式中 dw 一次繞組導(dǎo)線截面積 單位為 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(jì)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(gè)二次繞組1 2兩個(gè)或多個(gè)二次繞組1 3相互隔離的二次繞組1 4滿足UL或CSA標(biāo)準(zhǔn)1 1滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)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寸A p Knet Ap按照上計(jì)算A P值 加一定裕度 選取相適應(yīng)的磁芯 1 4計(jì)算一次電感最小值LpriVin min DmaxLpri H Ipkf式中 f單位為Hz1 5計(jì)算磁芯氣隙Lgap0 4 LpriIpk 108Lgap cm2AeB2max其中 Ae 磁芯有效截面積 單位為cm2Bmax 單位為G Lpri 單位為H 按照計(jì)算的氣隙量實(shí)測出磁芯的AL值 1 6計(jì)算一次繞組所需的最大匝數(shù)NpriLpriNpri AL1 7計(jì)算二次主繞組 輸出功率最大的繞組 所需匝數(shù)Ns1Npri V01 VD1 1 Dmax NS1 匝 Vin min Dmax1 8計(jì)算二次其它繞組所需匝數(shù)Nsn Von VDn Ns1Nsn 匝 V01 VD1 1 9檢查相應(yīng)輸出端的電壓誤差Vsn Vsn N sn Vsn Vsn x100 Nsn式中 Vsn 相應(yīng)輸出電壓精度 Vsn 相應(yīng)輸出電壓值 Nsn 計(jì)算的相應(yīng)輸出電壓匝數(shù) N sn 選取的整數(shù)相應(yīng)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(jì)算相應(yīng)輸出繞組匝數(shù) 看能否滿足相應(yīng)精度 如果這樣修改結(jié)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(jì)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(shí) 輸出無法達(dá)到額定的電壓 所以在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)?shù)奶幚砗幂敵鲭妷壕群皖~定輸出電壓值的關(guān)系 1 10計(jì)算和選取繞組導(dǎo)線線徑繞組導(dǎo)線線徑按下式計(jì)算dwn 1 13In mm J式中 dwm 相應(yīng)繞組線徑 單位為mm In 相應(yīng)繞組額定電流 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(jì)算在開關(guān)工作頻率時(shí)導(dǎo)線的趨膚深度 如果導(dǎo)線線徑超過趨膚深度 應(yīng)選用導(dǎo)線截面積相近的多股線繞制 66 1S mm f式中 S 導(dǎo)線趨膚深度 單位為 mm f 開關(guān)工作頻率 單位為Hz 1 11計(jì)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(jì)算各繞組銅損Pcun Nn MLT Rn In2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mRn 第n繞組導(dǎo)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(jì)算變壓器銅損Pcu pcun1 12計(jì)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(yàn)證變壓器損耗是否符合設(shè)計(jì)要求根據(jù)變壓器規(guī)定的效率 按下式計(jì)算變壓器的損耗值 PT Pin PO PO PO若PT Pcu Pc 變壓器設(shè)計(jì)合格 如果計(jì)算的 Pcu Pc 值大于PT值 這時(shí)就要依情況調(diào)整繞組導(dǎo)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(shè)計(jì)例2 1變壓器技術(shù)指標(biāo)輸入電壓 AC90 240V 50 60Hz輸出 DC 5V 額定電流1A 最小電流0 75ADC 12V 額定電流1A 最小電流100mADC 12V 額定電流1A 最小電流100mADC 24V 額定電流1A 最小電流0 25ADC 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 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(jì)算一次電感最小值LpriVin min Dmax127 0 5Lpri 452 10 6H 452uHIpk f2 81 50 103此處選Dmax 0 5 2 5計(jì)算磁芯氣隙Lgap值0 4 Lpri Ipk 1080 4 452 10 6 2 81 108Lgap 0 04cm 0 4mmAeB2max1 2000 2查表 EE35 35 10AL 120uH N2Lgap約為0 5mm2 6計(jì)算一次繞組最大匝數(shù)NpriLpri452 10 6Npri 61 4匝取Npri 62匝AL120 10 92 7計(jì)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 Dmax127 0 5取Ns1 3匝此處整流二極管壓降VD 0 7V 2 8計(jì)算其它次級繞組匝數(shù) Von VDn Ns1Nsn V01 VD1 12 0 7 3 12VNsn 6 68匝取7匝5 0 7 24 0 7 3 24VNs24 13匝取13匝5 0 7 2 9檢查相應(yīng)輸出端電壓誤差Vsn Vsn Ns n Vsn Vsn 100 Nsn12 12V VS12 7 12 12 100 4 79 6 6824 24V VS24 13 24 24 100 0 13電壓誤差均符合要求 2 10計(jì)算和選取繞組導(dǎo)線線徑dwn 1 13InJ 計(jì)算趨膚深度66 166 1S 0 29mmf50 103一次繞組 dwp 1 130 64 0 52取0 5mm3二次繞組 5Vdwn1 1 131 0 65取0 5mm6股3 12V 0 5 4股 12V 0 5 2股 24V 0 5 2股偏置 0 4 單股 變壓器繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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 3mm 3mm 2 11計(jì)算變壓器損耗1 銅損 Pcun NnV MLT Rn In2MLT 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 15W149W次級銅損 Pcu 5V 3 69 24 10 3 0 085 6 32 0 026W0 07WPcu 12V 4 69 24 10 3 0 085 4 22 0 024W0 06WPcu 24V 6 69 24 10 3 0 085 2 12 0 018W0 05WPcu 12V 7 69 24 10 3 0 085 2 12 0 021W0 06W總銅損 Pcu 0 15 0 026 0 024 0 018 0 021 0 239W2 鐵損 PC30磁芯在50KHz 2000G時(shí)損耗 250mw cm3 52mw gPc 250 10 3 40 6 2 1W4 83 變壓器總損耗PDT PCU PC 0 239 2 1 2 339 2 34W 4 開關(guān)電源總損耗估算 基于MOSFET的反激式變換器的經(jīng)驗(yàn)方法 開關(guān)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(shí) 本開關(guān)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 75WPD 12V 12 2 65 16 25W 0 6 3 6WPD 24V 24 65 16 25W 0 6 3 6Wc 變壓器部分 PDT PCU PC 2 339W開關(guān)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(shè)計(jì)合格 END 本課程講解完畢 進(jìn)入自由提問階段 謝謝