几种开关电源变压器设计计算方法.pdf

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几种开关电源变压器设计计算方法pdf,几种开关电源变压器设计计算方法
反激变压器设计(参数,步骤),计算公式 不文结合具体例子,在绎典书籍基础上,提供了更简洁明了的反激变压器设计方法。并对较难理 解部分做了详细解释。 设计初始条件: 输入电压范围:AC85-265V 输出电压和电流见下表:(最大输出功率50W,最大输入功率不大于75W)项目特色:低成 不,高交叉调整率。实现该特色关键在于反激变压器设计。在开关管开通时,原边电流不断上升, 在Ton结束时至峰值lp,这个I在开关断开的瞬间,会被传递到副边。最初传递到副边的 电沇在副边的分配原则是:大多数会传递到漏感最小的那一路输出。如果这一路没有用做开关管 PwM的反馈控制,它的峰值就会很高。调试中诓过对该路增加副边小电感来控訇开关关断期间 副边调整率的变化率,从而实现了较高的交叉调整。 变压器设计参数: 设计前先要确定参数:磁芯,预设频率,最大占空比,输入输出参数,预估效率(用于估算输入 平均电流),设计中参数初选如下: 磁芯采用 NICERA FEER-28L(详细选择步骤参见,f=90kH,Dmax=0.45,最小输入 电压Vin=110V,输出折合到5V电流10A,效率η=75%。 计算变压器,一般选择最低的交流输入电压,最大的输出功率做为工作点,这个是最苛刻的一个 点,原因见后面分析A 设计步骤: 1,根据法拉第定律,计算最低输入电压,最大负载条件的原边乍数:Np=Ⅴs*ron(△ Bac Ae △Bac=kBs(k=06~0.8) 在叶取k=06,Vs=110V,ton=5S,△Bac=0.37mT,Ae=87mm2 代入得到Np=28.1,取28 2,根据输出输入电压计算副边乍数:NNp=Vo(1-D)/(Vp*D)。 在此,Np=28,Vo=6.3V,D=0.45,vp=10V,代入得:Ns=1.96。考虑实 际线路中,十12ⅴ线圈接于5V整流管后,为方便调试,实际变压器取了3乍。也就是Dmax 大概为0.36。副边伏秒值减小,增加了电能传输时间,利丁变压器工作。 3,硝定开关开通工作时,直流成分Ide和交流成分Iac的大小,Idc和Iac的确定。通过调 节气隙大小来实现。选定原则:变压器磁通在满足∧Bac+∧Rlc<Bs,取lac较小值,保 证较小损耗的正常工作。 该步骤在具体设计时,可以先大致估算一下直流交流成分比例,根据输入功率计算平均输入电流, 并根据占空比计算开关开通时的平均电流,然后由宜流父流比算出原边电感Lp。在绕制变压 尜时,调节气燠,调节原边电感值为Lp。 Idc/ac一k比值选取,根据输入范围大小选玟。翰入范围较大,k可取的大一些,0.8-1.2; 输入范围小,则可取的小一些,0.40.8。 此时取k=1,110V输入时,此时平均电流:Is=75/110=0.68A,开关开通时间平 均电流:Ion=( Ists)ton=198A,由图c,易得Idc=lac=2/3*Ion=1.32A, 原边电感,Lp=(vsX△tac=3l6ul。 Lg=p0*Np2*Ae/Lp=4m*10-7*282*87/316=0.27mm 实际取03mm,挨算实际Lp=285H,la=146A,tdc=1.25A。 验算△BaC+△Bd<Bs,△Bac=Vs*on(Np*Ae)=110*3.8S(28*87)= 171mT △Bdc==p0*Npad/Lg=4*107*281.25/0.3=146mT △Bac+△Bdc=171+146=317mT<370mT。 4,其余各绕组乍数确定 在实际线路肀,5V和12V接法如图,减少了5V二极管压降对12V的影响:提高了交叉调 整率。 12V按副边电压计算乍比,设计为:4。-12V采用丁二次线性稳压:采用8,供电绕组 也是8乍。 交叉调整率的调试 通过在副边增加小电感Lg1,Lg2来控制开关关断初期,副边绕组电流的分配。如下图 Lg1,Lg2具体电感值可参考以卜式子: 以上总结了反激多路输出变压器设计要点 1、确定原边直流、交流峰值比,此值决定开关电源工作模式(DCM,CCM)。 2、通过增加小电感,改善反激多路输出交叉调整率的方法。 综上所述:最大占空比Dmax(或者乍比),△Bac(或者Np),Lg(或者Lp)是变 压器的关键因素。但们决定了变压器的上要参数 Dmax决定了乍比,在率确定时,影响着伏秒值和能量传输时间,和vds有直接关系 △Bac,决定最小Np,在Np=Vs4ou(△Bac*Ae)中,当△Bac=Bs,得到的Np 最小值,小于此值,就不能通过増大气隙使变压器远离饱和。 Ig(或者Lp),决定了Iac,由于变压器最大储能=/2Lp,所以进而决定了变压器最 大儐能。 问题: 1、计算原边乍数时,曾取△Bac=kBs(k=0.56~0.8),为什么? 2、计算变压器,一般选择最低的交流输入电压,最大的输出功率做为工作点,这个是最哉刻的 一个点。为什么? 3、开关开迸时原边直流成分是否参与了能量传递? 4、《开关电源的原理和设计》中有段话: 自我功率限制系统是什么原因? 简答1,2,从Np=Vs*Tom/(△Bac*Ae), 从变压器最大储能一112Lp2-12Lp(ⅤsIon/p)2-12(ws*Ion)2/Lp,易于 理解。 单端反激式开关变压器设计 设计条件1输入AC电压范围V 6输出电流或功率A或W 2输出直流电压V 7工作频率 3输出电流或功率A或W 4工作频率 5最大占空比 根据AC输入电压计算出最小输入DC电压和最大输入DC电压 工作范围 M MAX DCMIN DCMA初级反射输出电压 Vacmin Vacmax Vdcmin Vdcmax Tor 100--120V 85 132V 94W 187V 60 85--265V 85 265 94V 371 135W 230-240195V253V253354V 135W 二确定在低电网电压时的最大占空比 of vor:初级反射电压 /max vor+(Vmin-vds)vds:开关管正向导通平均电压值-10V左右 根据公式计算:100-120输入时Dmax取036-04 85--265输入时Dna取06 30--240输入时Da取0.36--04 三计算输入功率 Pin=Porn :效率一般取07-0.9之间 四计算变压器铁芯参数 根据工作式按最大值选取 AP= Aw*Ac= 1.6*in米10 F*△B丁*K AP:面积乘积CMAw:铁芯窗口面积cM2AC:铁芯截面积CM2 Pm:输入功率W F:频mm:工作磁感应强度T一般01-025 J:电流密度Am2Ku:窗口利用系数取02-- 五计算初级电流峰值和有效值: 单端反激式变换器的初级工作模式分为两和:连续模式和断模式其初级绕组电流波形如下: 连续模武 断续模式 Krp Ip IKp电流脉动系数 1017c输入Krp值取04-1.085-.2659230取06-10 利用和的比例关系,亦即Krp的数值,可以定量描述开关电源的工作模式。Kr的取值范围是0-10, 若取=,即rp=10,就将开关电源设定在断续模式。当r<p,即Kr<10时,开关电源就被设定为连续 模式。实际上在断续和连续模式之间并无严格的界限,而是存在一个过渡过程。对于给定的交流输入 范围,Kp值较小,就葸味着更为连续的工作模式和相对较大的初級电感量,并且初級的p和Im較小。 反之,Kp值较大,就表示连续程度较差,初级电感量较小,而巧与初级有效值电流Im较大。 选择Kp值就能设定开关电源的工作模式。设定过程为:Lp↑→→lkl→→Kp-10一连续模式 Emin"Dmax*(2-Krp) Frin:输入最小DC电压 Dma:最大占空比 Ip:初级峰值电流A Pn:输入功率W Irms=Ip* Dmax*Krp2/3-Krp+1) Irms:初级电流有效值A 六计算初级电感量 Lp=- min Dmax Emin:输入最小DC电压VF:频率H F(p2-Ip1) Dmax:最大占空比 Ip 1=lp2(1-Krp 初级电感H Krp=Ir/lp2 当电路为断续模式时, Emin2-Dmaz2 2>Pin"F 七计算初级和次级绕组圈数: Emin*Dma*10F:频率HZ Bm:工作磁感强度T F*Bm率Ae Ae:磁芯截面积cm2 或 Mp=-L啊p2*104 Bmax Ae 匝比n=m-,1 Upmin 1-Dmax Up2 Ns1=Np2 Upmn*Dr Np*(1-Dmax) *Us1 n hex 核算临界电感量(H) Lmin= Ei*n。)2 n:匝数比 En+n的小 2Pin T:工作周期s Lp≥Lmin 八计算初级和次级线径(mm) Dp=1.13√1 J:电流密庋Amm2I1:初级电流有效值A Ds1=1.13√12 I2:次级电流有效值A 次级电流有效值的计算 Isp 1=-Ip1Np Ns1 Is Irms=Isp 1(1-Dmax)(Krp213-Krp+1) 九核算变压器磁芯气隙(m La:初级电感 Ae:铁芯截面积cm2 单端反激式变换器的设计原贴是必须遵守高频变压器的的芯的磁通工作应能复位,如果变压器在工作 时磁画不能回到始发点,变压器的磁通会随着周期重复而逐赤增大,将导致邀芯饱和、浪涌电流和高压尖 峰,立刻烧坏主功客开关管。解决磁通复位的问题就恢靠给邀芯加气阱解决,合理的气隙不但能使变换器 稳定工作,还能著大电源的瀚出功率,减少变压器的高频您芯损耗,并且可进一不提高开关频率,降低初 级与次级的纹波电流。 以上公式计算的气隙只是理论值,实际的数据以实验后的最住性能输出时的结果为准, 小结:至此单端反激式变压器的主要设计项目基本完成,下一步骤就是统制工艺方面的设计 通过台理的绕线浇組的安排,降低漏感对电路的影,提高效率。在安规方面,需 达到国家或国准的要求。 设计合的开关电源变压器除满足电性的要求,在生产工艺操作上要可行,保证能够批量 生产,原材料易于采购,市场成本价格有忧势。 反激电源变压器及关键参数设计《作者:二胡 说明:本计算器结合几本有关反电设计关书,初次使用的友请结台实践 参数婴求 常用磁芯 A INPUT MIN S5 VAC INFT MAX ROdA HElo 19.6 41.5 OUTPUT EEIS 22.7 44.6 HF20 4 5 44.6 HErs 40.7 9.2 HErs 99.8134.0 OUTPUT 3 E133111.0131.0 PQ2620119.0 Drax 0.46 作汇F 6o kia 入电容值 磁芯型号 FP20 验出电容值 8MN绽被电6 de 41.5 步骤1 求 CORE AP=AW剩e=(Pt100000/(2△ BetseY*SIa) 传递功率P=Po/司+Po 27136 △B=0.6(390-60)=198nT与 D.1901 J:電流密度A/cn2(300500 0.1871(验证) Ku:组系数0.20.5 AP- 0.15cm4 41.5 44.6 0.19 步星2 估算界電流10(DM/ CCM BANDARY,临界模式取6080之间 ToB 0.7 0.7A 步骤3 求数比N=[Nmin)/(o+Vn]幸[Dx/(1-Dax vN《ain) 78.34 6.17 0.82 N 143 步骤4 求CCM/D界默之副选峰值電流△IsB △lsba2lob/(1-Dmx) 255A 步骤5 計算次级電感Ls及原递電感Lp s=( vo)(1-Dmax)+ Ts/ AIst 0.1164 0.046 45.74uH I2 Ls= 1165 修正中心值 初级漏感要求L1k 步6 求CCM時叫峰值電流△1sp △lsp=△IsB+dls=Io(mx)/(1-Damx)+(△IsB/2) 3.09A 线截面积 0.222次级线径0.6041 步骤7 求OCM時原递峰值電流△Ip=△lspN 线截面积 0.043初级线径0.2541 线径 0.120.150.18020.290.330.380.450.600.60m 截面积 0.0113/0.0170.02560.0415/0.066/0.0660.1140.159/0.196/0.283 步8 確定Np、Ns 修正圆数 1)NpNp=Lp*△lppf(△BAe 90.48 92T 2>NsNs= Np/n 7.93 18T 3)Nvce= (Vee+vt/ Va 17.36 17T 求每匝伙特数va=(Va+Vf/Ns= 0.7 0.72V/Ts 1)Ns2=(Vce+ wo)/Va 1.0 步骤9 关键元件参数确定 输出二极管观格 3A反向电压)104V 输出电感确定:Lo 13 H RCD位电路确定:Re 194Ka 8a PF 限流电阻确定:Rs 1.31g 共模滤波器确定 电容确定 取样电阻确定:Rvec=181649R(gd) 4780

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2019-09-16
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