本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑
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/ L1 ^0 x- t" X3 C/ y; w在电子专业里,经常能看到变压器的身影,变压器是一种供电所常用的机器,它的主要作用是改变电压。变压器的工作原理其实很简单,就是通过电磁感应让交流电的电压发生改变。其主要构件包括初级线圈、次级线圈、铁芯。其实变压器的作用不只是改变电压那么简单,它的作用还包括电压变换电流变化等。
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接下来,小编为大家整理了开关电源变压器相关的计算公式,赶紧收藏起来吧! % |. N" X7 U7 q
1、确定系统规格 , Y% U0 V2 F, U+ k
4 ^7 g9 |! a _* C9 X3 W最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
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最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。 $ d" h' `) c$ j& N
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。
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输出电压:VO,单位:伏特。
3 A" w' u2 J0 d& E3 O
最大负载电流:IO,单位:安培。
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输出功率:PO,单位:瓦特。 4 z( Q% h- V7 z8 R$ R1 H
电源效率:η,如无数据可供参考,则对于低电压输出(低于6V)应用和高电压输出应用,应分别将η设定为0.75~0.79和0.8~0.89。 计算最大输入功率:PIN,单位:瓦特。 7 l% Z2 v1 F) ~4 `6 x7 z
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6 A+ w4 X b# t, B0 p t0 y0 W# n2、直流电压范围(VMIN、VMAX) $ w# ~/ p5 V+ k: b& G! X/ }
最小直流输入电压VMIN
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其中,
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fL为输入交流电压频率(50Hz/60Hz); tC为桥式整流大额导通时间,如无数据可供参考,则取3ms; 所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。 最大直流输入电压VMAX
9 ?8 n5 K% c y+ }' b8 R) z% O3、相应工作模式和定义电流波形参数KP
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1 M& y: {, R( J6 C. H+ E图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a; - U1 d; E1 {8 D: E$ }& w
1 Q; t' C" W J# E/ Y其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
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当KP≥1,非连续模式,如图2.2b; ' q. G% _1 k' Z6 k
在连续模式设计中,宽电压输入时,设定KP=0.4;230V单电压或者115V倍压整流输入时,设定KP=0.6。在非连续模式设计中,设定KP=1。
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4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX 7 A6 J0 j; W3 G
; L% p) ]) s: y反射电压VOR设定在80V~110V。 / \, C$ D* e: F
连续模式时计算DMAX: + S/ `8 s$ `# o: K: ?5 f# S4 M& J
非连续模式时计算DMAX:
8 ~1 x: V* V, U& m& ? D/ w$ f其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 # w6 L4 P5 W' {0 P: ^
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小 . j# ^! Y D2 B& b# v
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选择有磁芯材料应该考虑高Bs,低损耗及高ui 材料,还要结合成本考量;见意选项用PC40以上的材质。为了防止出现瞬态饱和效应以低ΔB设计: 5 q$ c {8 J3 Q, h7 ]
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' d0 ?1 s, m0 L, w& ~& v式中:ΔB为最大磁通密度摆幅,Bs为饱和磁通密度,Br为剩磁,BM为最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范围之内,若BM>0.3T,需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数NP,范围之内。如BM<0.2T,就应选择尺寸较小的磁芯或减小初级匝数NP值。 : `+ x' w! s3 X! D8 f, ]
6、确定合适的磁芯
: |3 ]8 b, r9 m1 S; C& {实际上,磁芯的初始选择肯定是很粗略的,因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商提供的磁芯选择指南。如果没有可参考资料,可采用下面作为参考。 , ^7 F/ _7 [5 j Q0 [2 K
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传递功率: ! U _+ w* {' ^, e( c
电流密度: / L& b8 e- c4 |) I) ?+ O
绕组系数:
3 ]$ Z) G' @/ F L; e5 y9 s式中,AP单位为mm4,Aw为窗口面积,Ae为磁芯的截面积,如图2.3。ΔB为正常操作状态下的最大磁通密度(单位:特拉斯(T))。为了防止磁芯因高温而瞬间出现磁饱和,对于大多数功率铁氧体磁芯的尺寸越大Ae越高,所做的功率就越大。 : \7 C A' C# G. ^% j
0 Z* A3 Z" a: F( n! g) M图2.3:磁芯窗口面积和截面积
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7、估算DCM/CCM临界电流IOB
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, b2 z; _: L$ i O2 \2 I8、计算初级绕组与次级绕组匝数比 ! d# @9 v! \, e) ]& X2 U* K
0 G% E8 _" y; E D6 A. J# U其中,NP和NS分别为初级侧和次级侧匝数。VO为输出电压,VF为二极管正向电压:对超快速PN结二极管选取0.7V,肖特基二极管选取0.5V。VDCMIN为最小输入直流电压,DMAX为设置的最大占空比, VOR 为反射电压。 8 a& z* y# f x" `6 e
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: , q4 L* V+ L2 u( X+ G7 ]; f+ q
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP: - y/ }" O) ?8 Y( t' i- J, h
11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
; W2 @1 X& A" L7 h12、计算副边电感LS及原边电感LP:
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6 T3 k9 U0 N! q; @7 v* W由于此电感值为临界电感,若需要电路工作于CCM则可增大此电感值,若需要工作于DCM则可适当调小此电感值。 * i/ J% u/ k: I* o) _/ @! b
13、确定原边最小NP匝数与副边NS匝数: 其中单位分别为特拉斯、安培、微亨、平方厘米,,如无参考数据,则使用 以特拉斯(T)为单位。
/ I- _9 e. d9 T# [3 U14、次级绕组和辅助绕组
* Z: m" Z, t7 M3 c; k5 }* k2 d初级绕组与次级绕组匝数比: % }& | J# q+ Z& r; [
其中,NP和NS分别为初级侧和次级侧匝数。VO为输出电压,VD为二极管正向电压:对超快速PN结二极管选取0.7V,肖特基二极管选取0.5V。 ) ]& r' y% u5 `$ v( P0 [
然后确定正确的NS,使得最终的NP不得小于NP,MIN。有的时候最终的NP比NP,MIN大得多,这就需要更换一个大的磁芯,或者在无法更换磁芯时,则通过增加KP值来减小LP,这样,最终的初级侧匝数也会减小。 " B; L+ g& H2 q/ ~0 ?
辅助绕组匝数 & H& U7 h7 G6 m( j# n4 @1 u
其中,VDD为辅助绕组整流后的电压,VDB为偏置绕组整流管正向电压;
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考虑到系统在满载和空载转变瞬间,由于能量瞬间导致VDD下冲误触发UVLO,在系统允许的输入电压范围内且输出为空载时,建议VDD 按13V来计算。
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确定磁芯气隙长度:
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其中,Lg单位为毫米,Ae单位为平方厘米,AL为无间隙情况下的AL值,单位为纳亨/圈2,LP单位为微亨。
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通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值,因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的Lg值,请咨询变压器供应商以获得指导。
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15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
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当导线很长时(>1m),电流密度可以取5A/mm2。当导线较短且匝数较少时,6~10A/mm2的电流密度也是可取的。应避免使用直径大于1mm的导线,防止产生严重的涡流损耗并使绕线更加容易。对于大电流输出,最好采用多股细线并绕的方式绕制,减小集肤效应的影响。 9 C3 c) N4 d. x) @/ m h
检查一下磁芯的绕组窗口面积是否足以容纳导线。所需的窗口面积由以下公式给出:
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$ c6 { z6 Q; E9 C) `) K/ h式中,AC为实际的导体面积,KF为填充系数。填充系数通常为0.2~0.3。
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