本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 0 D% e* P3 u; x- f- ~, d; B- g
" m- w" A' Z. U! J6 k3 M6 d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!
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1、确定系统规格 , ^- T- @5 u. T/ z% H/ Z
- a" w' A2 P& w4 q7 O8 k6 f: N/ b最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。 ; x8 T9 G8 M* ^6 d
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
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输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。
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输出电压:VO,单位:伏特。 ) \4 a( q! i$ N# g
最大负载电流:IO,单位:安培。 3 y6 g0 W, h: a% R1 b
输出功率:PO,单位:瓦特。
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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。
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3 w) v) T! `+ u8 M! j2、直流电压范围(VMIN、VMAX) & J/ ?/ P7 A: ]: B9 p3 ?, z4 i
最小直流输入电压VMIN # o# n4 ~( \1 g* W- u
: C4 n& w @* q" K! w6 W其中, 8 e/ I, e, \# s3 _, k6 t8 H7 _* `
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
+ i& w# t. T3 h6 m3、相应工作模式和定义电流波形参数KP
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图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a; 6 F; H0 o' n) N; S9 ^& w H
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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;
; i3 @1 ^4 E8 @) ]3 F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。 & ^& X& m D/ W+ R; M
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX 3 i" B" u/ P# K
9 M% ^; y2 Z6 w反射电压VOR设定在80V~110V。 3 m; u2 O8 O7 `- \4 B5 _
连续模式时计算DMAX:
7 U! y, \5 T9 a- S& r, s7 T0 k非连续模式时计算DMAX: 3 T. `# S7 `9 M+ e
其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。
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5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小
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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: , W/ J! \! i2 } {" ]$ T
' n( O2 M- n7 L" w9 ]( Z6 A5 ? [+ f
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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。 q' @( B5 P* z
6、确定合适的磁芯
0 p O; A1 L/ x( e7 ~* Q+ 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。 / h* i# U- b- Z' `* [4 U2 Y" i
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传递功率: 3 x7 U: _' J- H* l" g- M( ?
电流密度:
# }$ u) `9 F) u# u绕组系数: 6 B5 G5 I) a; V$ z
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。
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" }' `) i/ o; R9 b, c( I; a4 r) g图2.3:磁芯窗口面积和截面积 " ]) I" h/ \( g# ?- X& [
7、估算DCM/CCM临界电流IOB
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8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
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x2 H! w4 s/ P& D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。
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9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: ! {0 |8 q: n# K( K5 Y t
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP: l t8 _4 m$ Y/ j2 Q5 ]3 T
11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
3 }- W8 w# u0 ?' |3 {! X7 k3 v12、计算副边电感LS及原边电感LP: 2 `# G) b3 t8 p0 _
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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。 0 Q0 Z" ^9 [/ h/ @7 s9 m
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。
4 U$ ?; z& v0 T) r' H0 I5 W14、次级绕组和辅助绕组 ! }; a1 h0 v8 G/ m
初级绕组与次级绕组匝数比: 4 P; @) i% Y2 l! l
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。
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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。
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辅助绕组匝数
" D+ Q1 b3 ~. M1 ~* {7 s# {8 q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。 ! D; ~ p, L1 Q4 J0 W4 c' N) U/ r
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。 ! P) z# o# K; {# P2 ]7 \
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: 0 N1 v2 L+ W* M5 a0 T5 P
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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。 8 P3 Y, |. A% m9 r1 `
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