总结反激式电源变压器设计

Mike 总结反激式变压器的设计 反激式开关电源变压器设计 一 变压器的设计步骤和计算公式:(变压器指的是反激式变压器,下文如无特殊说明皆如此). 1.1 变压器的技术要求:( 已知参数). *输入电压范围 *输出电压与电流值 *输出电压精度 *效率η *开关频率fs(或周期T) *每路输出的功率Pout *线路主开关管的耐压Vmos *磁芯型号 *最大导通占空比 Dmax *最大工作磁通密度 Bmax *其它要求 1.2 计算:估算输入功率,输出电压,输入电流和峰值电流: · 估算总的输出功率Po=V01×V02+V02×I02…… · 估算输入功率: Pin=Po/η · 计算最小和最大输入电压 Vin(min)=ACmin×1.414(DCV) Vin(max)=ACmax×1.414(DCV) · 计算最小和最大输入电流 Iin(min)=Pin / Vin(max) Iin(max)=Pin / Vin(min) · 估算峰值电流 K Pout Ipk= Vin(min) 其中: K=1.4 (Buck,推挽和全桥电路) K=2.8 (半桥和正激电路) K=5.5 (Boost,Buck-Boost和反激电路) 1.3 确定磁芯尺寸: 确定磁芯尺寸有两种形式,第一种是按照制造厂家提供的图表,按各种磁芯可传递的能量来选择磁芯,例如下表: 第2种方法是计算,首先假定变压器是单绕组,每增加一个绕组并考虑安规要求,就需要增加绕组面积和磁芯尺寸,用”窗口利用因数”来修整. 变压器窗口利用因数: 1.4 计算一次侧电感最小值Lpri 1.5 计算磁芯气隙 Lgap 1.6 计算一次绕组所需的最大匝数Npri 1.9 检查相应输出端的电压误差: 如果输出电压不能满足 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的精度,可以将主输出绕组Ns1增加一匝,再计算相应输出绕组匝数,看能否满足相应的精度,如果这样修改仍不能满足相应的要求,只可回到开始阶段,增加一次侧的绕组的匝数,重新计算一次绕组匝数,直到满足要求为止.但是增加一次绕组匝数,会使变压器工作的磁通密度向小的方向调整,这可能造成在较低输入电压时,输出无法达到额定的电压,所以在变压器设计时要适当处理好输出电压精度和额定输出电压值的关系. 1.10 计算和选取绕组导线线径: 1.11 计算变压器的铜损: ●一 按照选取的磁芯,估算出变压器平均绕组MLT 其它型号磁芯估算MLT可依此方法类推. · 二,按照下式计算各磁芯的铜损: · 三,按照下式计算变压器铜损: 二. 设计例子: 2.1变压器技术指标: 输入电压:90-240V 50/60HZ 输出: DC+ 5V 额定电流 1A 最小电流0.75A DC+ 12V 额定电流 1A 最小电流100MA DC- 12V 额定电流 1A 最小电流 100MA DC +24V 额定电流 1A 最小电流0.25A DC12V 偏置电流100MA 输出电压精度: +5V 12V 最大±5% +24V 最大±10% 效率 η=80% 工作频率:50KHZ 工作磁通密度: Bmax=2000G 安规:: VDE 2.2估算输入功率,输入电压,输入电流和峰值电流: A, 输出功率 P0=5V×1A+2×12×1A+24×1.5A=65W B, 输入功率 Pin=P0/η=65/0.8=81.25W C, 最低输入电压 Vin(min)=AC90V×1.414=DC127V. D,最高输入电压 Vin(max)=AC240*1.414=DC340V E,最大平均输入电流: Iin(max)=Pin / Vin(min)=81.25w / dc127v=DC0.64A F,最小输入平均电流: Iin(min)=Pin / Vin(max)=81.25w / dc340v=DC0.24 A G,峰值电流: Ipk=5.5P0 / Vin(min)=5.5×65W / 127V=2.81A 2.3 确定磁芯型号尺寸: 按照表1, 65W可选用每边约35mm的EE35/35/10材料为PC30的磁芯,磁芯 Ae=100mm²,ACW=188mm², W=40.6g. 2.4 计算一次电感最小值:Lpri. Lpri=Vin(min)×Dmax / Ipk*f =127×0.5 / 2.81×50*10³=452×10-6H=452uH. 注:此处选择Dmax=0.5 2.5 计算磁芯气隙Lgap值: 2.6 计算一次绕组的最大匝数 Npri 2.7 计算二次主绕组匝数NS1 (NS1为DC+5V绕组) 2.8 计算其它次级绕组匝数 Nsn=(Von+Vdn) NS1 / V01+Vd1 +12V Dsn=(12+0.7)×3 / 5+0.7=6.68匝 取7匝; +24V Dsn=(24+0.7)×3 / 5+0.7=13匝 取13匝 2.9 检验相应输出端电压误差: 2.10 计算和选取绕组导线线径: dwn=1.13√in/J 根号下面的in/J 具体含义请见上1.10. 计算趋肤深度: S=66.1 / √f =66.1 / √50*10³=0.29mm 一次绕组: dwp=1.13 √0.64/3 =0.52 取0.5mm 二次绕组 +5V dwn1=1.13√1/3 =0.65 取0.5mm 6股 +12V , 0.5 , 4股 -12V 0.5 , 2股 +24V 0.5, 2股 偏置 0.4, 单股 变压器绕组结构的设计: 变压器绕组结构如下: 2.11 计算变压器的铜损: 4.开关电源总损耗估算: 基于MOSFET反激式变换的经验方法,开关电源的损耗35%是有MOSFET产生的,60%损耗是整流部分产生的,其余是变压器的损耗. 效率为80%时,本开关电源的损耗为16.25瓦. A. MOSFET PDM=16.25×35%=5.7W B. 整流部分: PD+5V=(5/65) (16.25) (0.6) =0.75W PD+12V=(2*12/65) (16.25) (0.6) =3.6W PD+24V=(24/65) (16.25) (0.6) =3.6W C.变压器部分: PDT=PCU+PC=2.339W 开关电源总损耗: PD=5.7+0.75+3.6W+3.6W+2.34W= 15.72W. 低于规定的16.25W,变压器设计合格.制作上的工艺要求注意. 反激变压器设计到此结束,谢谢! 附：单端反激开关电源变压器设计 乞力马扎罗的雪   单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。   1、  已知的参数 这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定，包括：输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出的功率Pout、效率η、开关频率fs(或周期T)、线路主开关管的耐压Vmos。   2、  计算 在反激变换器中，副边反射电压即反激电压Vf与输入电压之和不能高过主开关管的耐压，同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定： Vf=VMos-VinDCMax-150V   反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后，就可以确定原、副边的匝比了。 Np/Ns=Vf/Vout    另外，反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态，根据在稳态下，变压器的磁平衡，可以有下式： VinDCMin•••DMax=Vf•(1-DMax)   设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为Ip1，当开关管关断时，原边电流上升到Ip2。若Ip1为0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。由能量守恒，我们有下式： 1/2•(Ip1+Ip2)•DMax•VinDCMin=Pout/η   一般连续模式设计，我们令Ip2=3Ip1 这样就可以求出变换器的原边电流，由此可以得到原边电感量： Lp= DMax•VinDCMin/fs•ΔIp   对于连续模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1；对于断续模式，ΔIp=Ip2 。 可由AwAe法求出所要铁芯： AwAe=(Lp•Ip22•104/Bw•K0•Kj)1.14   在上式中，    Aw为磁芯窗口面积，单位为cm2 Ae为磁芯截面积，单位为cm2 Lp为原边电感量，单位为H Ip2为原边峰值电流，单位为A Bw为磁芯工作磁感应强度，单位为T K0为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2~0.4 Kj为电流密度系数，一般取395A/cm2 根据求得的AwAe值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感。 有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式： Np=Lp•Ip2•104/Bw•Ae   再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。有时求的匝数不是整数，这时应该调整某些参数，使原、副边的匝数合适。   为了避免磁芯饱和，我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙，计算如下： lg=0.4π•Np2•Ae•10-8/Lp   在上式中，    lg为气隙长度，单位为cm                      Np为原边匝数，                      Ae为磁芯的截面积，单位为cm2                      Lp为原边电感量，单位为H   至此，单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、变压器的损耗和温升是否可以接受。同时，在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。   本主题由 伟林电源 于 2010-10-20 09:35 解除精华 是DCM还是CCM与原边电压\占空比\线圈电感都有很大关系，是需要通过计算的 其它评论： 1.工作时一般不可能在两种模式之间来回转换，否则工作不稳定。所以不必判断。 2. 连续模式，开关管的截止时间小于变压器磁化电流衰减为零的时间，开关再次导通时，变压器还具有一定的剩磁，磁化电流总是大于0，开关管的初始电流不为零，故称为连续模式，这种情况应严格尊循磁通复位原则，否则剩磁不断加大，最后饱和炸机；断续模式情况恰恰相反。 相同功率下，连续模式的磁损较小，开关电流应力也较小，并且输出电压受负载影响比断续模式小得多(不像断续模式，负载变化，占空比也得跟着变)，因此负载调整率也明显优于断续模式。 3. 磁化电流 开关导通时为流过初级线圈的电流，开关截止时为流过次级线圈的感应电流. 关于线包匝数，CCM初级电感量大于DCM，故需要较多匝数，磁芯也要稍大些 4关于复位线圈：需要明确的是，磁芯复位主要是伏秒积平衡。传统设计中，一般最大占空比小于0.5，当设计输入范围较窄，或宽电压输入的低电压状态时，复位线圈可将漏感能量尽可能的馈回电源（宽电压电源在输入高电压时，这个复位线圈就不起作用了），说它是复位线圈有点牵强。 有时为了积极提高效率，设计占空比将大于0.5（占空比大些，相对开关损耗就会变小），这时复位线圈对磁通复位才起积极作用。 目前，有源钳位技术应用成熟，虽然增加一组半导体开关，但由于省去复位线圈 ，变压器体积可以比较小，综合成本并无明显增加，而占空比最大可达0.8。 B. 反激式开关电源的CCM(连续电流模式)及DCM(非连续电流模式) 反激式开关电源的工作原理为 :MOS管器件打开时储能 (此时由于变压器初级 次级绕组同相端相反 同时由于 次级串联二极管D的存在 副边截止 无电流 副边在由工作进入截止状态时 会在D上产生反向带电压 应根据设计要求 和二极管DATASHEET选择合适的反向电压参数二极管 一般留20%余量 在没有明确需求时8020定律普遍使用于大多数需要 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 的场合 否则二极管寿命会减小).关断时原边电感释放能量 (由于原边关断 电流减小 根据楞次定律 增反减同 副边产生 感应电动势 D导通 电路开始工作)次级产生工作电流，控制器内部存在时钟 控制MOS以周期开关 上图中ILm 未释放尽的情况下 下一周期开始 就是CCM模式，ILM释放完毕后下一周期开始工作就是 DCM模式 第 8 页 共 10 页