1、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)1. 前言2. 變壓器設(shè)計(jì)原則3. 系統(tǒng)輸入規(guī)格4. 變壓器設(shè)計(jì)步驟4.1 選擇開關(guān)管和輸出整流二極管4.2 計(jì)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(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值4.6 計(jì)算變壓器初級(jí)電感量4.7 選擇變壓器磁芯4.8 計(jì)算變壓器初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度4.9 滿載時(shí)峰值電流4.10最大工作磁芯密度Bmax4.11計(jì)算變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值4.12計(jì)算原邊繞組、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率4.13計(jì)算繞組的銅損4.14變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案5. 實(shí)例設(shè)計(jì) 12W Flyb

2、ack 變壓器設(shè)計(jì)1. 前言 反激變換器優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉容易得到多路輸出應(yīng)用廣泛，比較適合100W 以下的小功率電源 設(shè)計(jì)難點(diǎn)變壓器的工作模式隨著輸入電壓及負(fù)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(CCM)高輸入電壓，輕載條件下變壓器工作在非連續(xù)電流模式(DCM)2. 變壓器設(shè)計(jì)原則 溫升安規(guī)對(duì)變壓器溫升有嚴(yán)格的規(guī)定。Class A 的絕對(duì)溫度不超過90 °C；Class B 不能超過 110 °C。因此，溫升在規(guī)定范圍內(nèi)，是我們?cè)O(shè)計(jì)變壓器必須遵循的準(zhǔn)則。 成本文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案開關(guān)電源設(shè)計(jì)中， 成本是主要的考慮因素， 而變壓器又是電源系統(tǒng)的重

3、要組成部分，因此如何將變壓器的價(jià)格，體積和品質(zhì)最優(yōu)化，是開關(guān)電源設(shè)計(jì)者努力的方向。3. 系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓： Vacmin Vacmax輸入頻率： f L輸出電壓： V o輸出電流： Io工作頻率： f S輸出功率： Po預(yù)估效率：最大溫升： 40 4.0 變壓器設(shè)計(jì)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F文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案4.2 計(jì)算變壓器匝比考慮開關(guān)器件電壓應(yīng)力的余量(Typ.=20%)開關(guān) ON：0.8·V> Vin max/N+VoD開關(guān) OFF ：0.8·V

4、>N·(V+V )+Vin maxMOSoF匝比：N min < N < N max4.3確定最低輸入電壓和最大占空比輸入濾波電容：2 F3 F/W最低輸入電壓( 假設(shè) tc=3ms )Vin min =2×?(?- ?)( 2?) 2 -? 2?最低輸入電壓，最大功率時(shí)，占空比最大D max文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案? (? + ? )?Dmax =?( ? + ? ) + ?4.4反激變換器的工作過程分析低輸入電壓時(shí)，負(fù)載從輕載到重載，變壓器經(jīng)歷從DCMBCMCCM 的過程高輸入電壓時(shí)，負(fù)載從輕載到重載，變壓器一直工作在DCM4.5計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值按照

5、最小輸入電壓，最大輸出功率(Pomax) 的條件計(jì)算Po = 1/3P o max 時(shí)，變換器工作在BCMPo < 1/3P o max 時(shí)，變換器工作在DCMPo > 1/3P o max 時(shí)，變換器工作在CCM文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案BCM 模式下，最小輸入電壓時(shí)的平均輸入電流1 ?3?Iin-avg =?變壓器初級(jí)臨界電流峰值2 ×?-? Ip1 = I pk1 =?4.6計(jì)算變壓器初級(jí)電感量最低輸入電壓， BCM 條件下，最大通時(shí)間1Ton max =? × Dmax?變壓器初級(jí)電感量?×?Lp =?14.7選擇變壓器磁芯基于輸出功率和開關(guān)頻率計(jì)算面積

6、乘積，根據(jù)面積乘積來選擇磁芯文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案?×106?APp = 2 ×? ×?×?×?×?×?Ko 是窗口的銅填充系數(shù)：取Ko =0.4Kc 是磁芯填充系數(shù)；對(duì)于鐵氧體磁芯取Kc=1Bm 是變壓器工作磁通密度，取Bm 12 ?j 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(jì)算變壓器初級(jí)、次級(jí)匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度初級(jí)繞組的匝數(shù)V in min ×ton max×108N p =A e ×Bm增加或者減小匝數(shù)只會(huì)分別引起磁芯

7、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(huì)使磁芯損耗增加15%次級(jí)繞組匝數(shù)N s = N p / N文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案輔助繞組匝數(shù)N cc = ( V cc + 1 )× N s / ( V o+ V F )20.4 ? ×? ×?氣隙長(zhǎng)度:lg =?4.9滿載時(shí)峰值電流CCM 時(shí)， Ton max 固定不變輸入電壓不變， BCM 的 Ton max 等于 CCM 的 Ton max?×?Ip1 =?Ip2Ton max 內(nèi)，電感電流線形上升增量?=?低輸入電壓，滿載條件下122P =2 L(IIpk0)fso&#

8、215; × p×pk2×? /?變壓器初級(jí)峰值電流Ipk2 =×+?2?2?4.10最大工作磁芯密度Bmax?×?8?2Bmax =?×?×10< B sat?如果 Bmax <B sat ，則證明所選擇的磁芯通過，否則應(yīng)重新選擇4.11計(jì)算變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案?梯形波電流的中值： Ia = I pk -2電流直流分量：Idc = D max × Ia電流有效值 ： Iprms = I a?電流交流分量：Iac = I a?(1 - ?)?4.12計(jì)算原邊繞組、副邊繞組的線

9、徑，估算窗口占有率導(dǎo)線的橫截面積自然冷卻時(shí)，一般取電流密度j = 4A / mm2初級(jí)繞組： Sp = I prms ( A ) / 4 ( A / mm2 )副邊繞組： Ss = I srms ( A ) / 4 ( A / mm2 )線徑及根數(shù)集膚深度= 6.61 /?cm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文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案窗口占有率KAw N?+ N? + N?0p × ×2s × ×2cc × ×24.13 計(jì)算繞組的銅損根據(jù)導(dǎo)線的電阻和集膚深度，確定每個(gè)繞組的銅損耗總損

10、耗一定要小于預(yù)算損耗，溫升經(jīng)驗(yàn)公式? T 800×?34× ?×?4.14 變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝骨架的選?。豪塾?jì)高度、寬度繞法 ： 初級(jí)和次級(jí)交錯(cuò)式 (三明治 )繞法：漏感小5.設(shè)計(jì)實(shí)例 12W開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案5.1 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： 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 5.2 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：

11、反向壓降VD =100V (正向?qū)▔航?V F=0.5V )5.3 計(jì)算變壓器匝比0.8 ? VD > V in max / N + V o0.8 × 100 > 375 / N +120.8 ? Vmos > N? ( Vo + V F ) + V in max0.8 × 600 > N× ( 12 + 0.5 ) +375文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案5.5<N<8.4取 N=65.4最低輸入電壓和最大占空比選擇 Cin =22 F最低輸入電壓：2×? (?- ? )22 ×16×7 ×10- 3

12、V in min =( 2?) 2?2?= 127-6?22×10?77?最大占空比：? (? +? )6 ×12 .5?Dmax =(?+?)+?=×= 0.49?6 12 .5+ 77?5.5計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值1 ?3?16I in-avg=?= 0.07 A3 ×77?2 ×?2 ×0.07?Ip1= I pk1?-= 0.285 A=?0.49?5.6 最大導(dǎo)通時(shí)間和初級(jí)電感量文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案1最大導(dǎo)通時(shí)間： Ton max = ?× Dmax = 9.8 ?×77 ×98×10

13、- 6?.變壓器初級(jí)電感量? ? 2.7mH： Lp =?=0.285?15.7變壓器磁芯面積12 ×10 6APp = 2 ×0.75 ×0.42 ×50 ×103×1600×4= 0.066 cm 2( 鐵氧體磁芯Bsat =3900G ,取 Bm = 1600G )查表EF20A e = 0.335 cm2， A w =0.6048 cm 2AP = A w * A e = 0.202 cm2 > 0.066 cm 25.8變壓器初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度77 ×9.8 ×10

14、-6N p =0.335 ×1600×10 8= 140.7取 N p = 140 TsN s = 140 / 6 = 23.3 Ts取 N s = 23 Ts文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案N cc = 19× 23 / 12.5 35 Ts0.4? ×33.5×140 2lg = 0.2 mm2.65.9滿載時(shí)峰值電流、最大工作磁通密度Ipk2 =?/ ?+? ?16+ 0.14 = 0.56 A?×=77×0.49? 2Bmax =?×?22.6×10- 3× .×10 8= 3100G <

15、; 3900G=0.3350 56?×?×1405.10變壓器初級(jí)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 = 0.959A文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案5.11計(jì)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?50103= 6.61 /=6.61/×= 0.29 cm導(dǎo)線的橫截面積：電流密度 j = 4.25A / m

16、m2初級(jí)繞組： Sp=0.068mm2 0.25mm×1P RDC = 4.523m/cm(100 )副邊繞組： Ss = 0.328mm20.40mm ×2PRDC = 0.892m/cm(100 )Vcc 繞組： Scc = 0.1/4.2 = 0.024mm20.1mm ×2P窗口占有率： 0.4 × 60.48 140× × 0.125 2+ 23× × 0.2 2 + 35××0.08 224.2 13.6OK5.12計(jì)算繞組的銅損平均匝長(zhǎng)l av = 23.5 mm各繞組繞線長(zhǎng)度：原

17、邊lNp = 140× 23.5 = 329 cm副邊lNs = 23× 23.5 = 54.0 cm文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案各繞組直、交流電阻：原邊 Rpdc =1.45 Rpac =2.38 副邊 Rsdc =0.024 Rsac =0.038 Vcc 繞組電流過小，忽略繞組損耗各繞組損耗：2×?2×?0 22?Pu = 0.30W ?=?+?=.?=2×+2×= .?0 08?5.13計(jì)算繞組的鐵損計(jì)算鐵損：查磁芯損耗曲線，PC40 在B = 0.15T 時(shí)為 80mW / cm3鐵損PFe = 80× 1.5 = 0.12 W估算溫升總損耗P = 0.12 + 0.30 = 0.42 Wloss800×0.42經(jīng)驗(yàn)公式?T =22 <4034× 33.5 ×60 .48設(shè)計(jì)OK文檔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案5.1