開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)

有用標(biāo)準(zhǔn)有用標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)前言變壓器設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)輸入規(guī)格變壓器設(shè)計(jì)步驟選擇開關(guān)管和輸出整流二極管計(jì)算變壓器匝比確定最低輸入電壓和最大占空比反激變換器的工作過程分析計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值計(jì)算變壓器初級(jí)電感量選擇變壓器磁芯計(jì)算變壓器初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度滿載時(shí)峰值電流最大工作磁芯密度Bmax計(jì)算變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值計(jì)算原邊繞組、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率計(jì)算繞組的銅損變壓器繞線構(gòu)造及工藝實(shí)例設(shè)計(jì)—12WFlyback變壓器設(shè)計(jì)前言電路構(gòu)造簡(jiǎn)潔本錢低廉簡(jiǎn)潔得到多路輸出應(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)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。ClassA確實(shí)定溫度不超過90°C；ClassB110°C。因此，溫升在規(guī)定范圍內(nèi)，是我們?cè)O(shè)計(jì)變壓器必需遵循的準(zhǔn)則。本錢壓器的價(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。系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓：Vacmin~Vacmax輸入頻率：fL輸出電壓：Vo輸出電流：Io工作頻率：fS輸出功率：Po預(yù)估效率：η最大溫升：40℃變壓器設(shè)計(jì)步驟選擇開關(guān)管和輸出整流二極管MOSFETVmos輸出二極管:肖特基二極管VD正向?qū)▔航禐閂F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·VD

>Vinmax

/N+Vo開關(guān)OFF：

匝比 ： Nmin

MOS o F<N<Nmax

inmax確定最低輸入電壓和最大占空比輸入濾波電容：2μF~3μF/W最低輸入電壓(假設(shè)tc=3ms)V =inmin最低輸入電壓，最大功率時(shí)，占空比最大DmaxD=max反激變換器的工作過程分析DCM→BCM→CCMDCM計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值依據(jù)最小輸入電壓，最大輸出功率(Pomax)的條件計(jì)算P=1/3PoP<1/3PoP>1/3Po

BCMI =in-avg變壓器初級(jí)臨界電流峰值I=I=p1 pk1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Tonmax

= Dmax變壓器初級(jí)電感量Lp=選擇變壓器磁芯基于輸出功率和開關(guān)頻率計(jì)算面積乘積，依據(jù)面積乘積來選擇磁芯AP=pKK=0.4o oKK=1c cBmBmjj=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Ae計(jì)算變壓器初級(jí)、次級(jí)匝數(shù)、關(guān)心繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度初級(jí)繞組的匝數(shù)N=p增加或者減小匝數(shù)只會(huì)分別引起磁芯損耗減小或增加100kHzB2.865%15%次級(jí)繞組匝數(shù)Ns

=N/Np關(guān)心繞組匝數(shù)N

=(V

+1) N

/(V+V)cc cc s o F氣隙長(zhǎng)度: lg=滿載時(shí)峰值電流Tonmax

固定不變輸入電壓不變，BCM的Tonmax

CCMTonmaxTonmax

內(nèi)，電感電流線形上升增量 I= =Ip1 p2低輸入電壓，滿載條件下 P=o變壓器初級(jí)峰值電流 I=

ηL (I2p

–I2 ) fpk0 spk2最大工作磁芯密度BmaxBmax

= <BsatB<B，則證明所選擇的磁芯通過，否則應(yīng)重選擇max sat計(jì)算變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值梯形波電流的中值：Ia

=I-pk

I=Iac a電流直流重量：Idc

=D Imax a電流有效值：I =Iprms a計(jì)算原邊繞組、副邊繞組的線徑，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副邊繞組：Ss

=Iprms=Isrms

(A)/4(A/mm2)(A)/4(A/mm2)線徑及根數(shù)集膚深度δ=6.61/ cm依據(jù)安規(guī)要求考慮加肯定寬度的擋墻窗口占有率KA N

+N +N0w p s cc計(jì)算繞組的銅損總損耗肯定要小于預(yù)算損耗，溫升閱歷公式T變壓器繞線構(gòu)造及工藝骨架的選取：累計(jì)高度、寬度繞法：初級(jí)和次級(jí)穿插式(三明治)繞法：漏感小設(shè)計(jì)實(shí)例—12W開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸入規(guī)格：90Vac~265Vac輸入頻率：50Hz輸出電壓：12V：Po=12W開關(guān)頻率：50kHz預(yù)估效率：0.75：Pin=16W變壓器最大溫升：40℃開關(guān)管MOSFET和輸出整流二極管MOSFET耐壓:V=600VmosV=100V(正向?qū)▔航礦=0.5V)D F計(jì)算變壓器匝比0.8VD

>Vinmax

/N+Vo

0.8 100>375/N+120.8V>N(V+V)+V0.8600>N(12+0.5)+375moso F inmax5.5<N<8.4取N=6最低輸入電壓和最大占空比C=22Fin最低輸入電壓：V = =inmin最大占空比：Dmax= = =0.49計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值Iin-avg

= = =0.07AI=Ip1

= = =0.285A最大導(dǎo)通時(shí)間和初級(jí)電感量最大導(dǎo)通時(shí)間：Tonmax

= Dmax

=9.8變壓器初級(jí)電感量：L=p

= 2.7mH變壓器磁芯面積AP= =0.066c2p(鐵氧體磁芯Bsat

= 3900G,取Bm

=1600G)查表EF20 Ae

=0.335cm2，Aw

= 0.6048cm2AP=A*Aw

=0.202cm2>0.066cm2變壓器初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)、關(guān)心繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度N =140.7取N=140Tsp pN=140/6=23.3TsNs

=23TsN=19 23/12.5 35Tsccl= =0.2mmg滿載時(shí)峰值電流、最大工作磁通密度Ipk2

= + = +0.14=0.56ABmax= = =3100G<3900G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 I=0.42A 電流有效值I =0.29Apa prms電流直流值I =0.20A 電流溝通值I =0.208Apdc pac副邊各電流：電流直流值I =1A 電流有效值I =1.38Asdc srms電流中值 I=1.92A 電流溝通值I=0.959Asa ac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δ=6.61/ =6.61/ =0.29cm導(dǎo)線的橫截面積：電流密度j=4.2~5A/mm2初級(jí)繞組：S=0.068mm2→Φ0.25mm1P→R=4.523mΩ/cm(100℃)p DC副邊繞組：S0.328mm2→Φ0.40mm×2P→R=0.892mΩ/cm(100℃)s DC==cc

→Φ0.1mm×2P窗口占有率：0.4 60.48 140 π 0.1252

+23 π0.22

+35 π0.08224.2 13.6 OK計(jì)算繞組的銅損平均匝長(zhǎng) lav

=23.5mm各繞組繞線長(zhǎng)度：原邊lNp副邊lNs

=140×23.5=329cm=23×23.5=54.0cm各繞組直、溝通電阻：原邊R=1.45Ω R=2.38Ωpdc pac副邊R=0.024Ω R=0.038Ωsdc sac各繞組損耗：P=0.30Wu計(jì)算繞組的鐵損計(jì)算鐵損：查磁芯損耗曲線，PC40ΔB=0.15T80mW/cm3鐵損 PFe

=80 1.5=0.12W估算溫升總損耗 Ploss

=0.12+0.30=0.42W閱歷公式 T設(shè)計(jì)OK

=22℃<40℃變壓器繞線構(gòu)造及工藝?yán)@線寬度高度累計(jì)高度H=