本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 * y7 s( n& k! V( _' ~
% z' k n: R, R* l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。 5 B, h& U; i+ _. O8 L0 V
( w) d! E1 M/ z+ X5 a4 ]$ s0 ?$ D
n6 h y F2 p2 }
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!
% Z) ]" Y& @, _; |+ j3 A
1、确定系统规格 4 J; i& u0 T7 w& _; I: Z
+ P W' H p- m4 H+ i最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
- D; Y# c& W0 {3 P. \# W
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
: B G" U2 k+ P
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。 ! @. _ l# o3 i2 a3 r; t
输出电压:VO,单位:伏特。
6 y- C7 h# z- Y! N; u: P, M$ f- k/ e, v
最大负载电流:IO,单位:安培。 / c! |+ z0 z, t/ ^6 b S- z/ Y( Y3 |
输出功率:PO,单位:瓦特。
) ?( E1 V! Y7 p9 |& T2 |* T
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。
4 W9 G6 z* j) } B/ v$ |" ] @
Q1 G! g% u) q: i3 x
/ ?1 n) W1 X/ w i: I( U2 X: u2、直流电压范围(VMIN、VMAX)
! Z5 i Z7 y# I b5 C+ r最小直流输入电压VMIN
; |0 k/ T1 w7 ?/ ?' }
: t r' }: k2 N- Q9 U" [& x- }其中,
% _7 C, M" W0 W4 B) l W4 i8 w
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
# y5 m6 b4 y- ^3、相应工作模式和定义电流波形参数KP , C4 k0 e) e7 g% x8 S
% y7 {' S: q% |图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a;
* H& L* N0 J& u8 U& H
7 m, a1 r; x) I0 U5 {4 R) r! h其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。 9 q) e# \- Y7 I1 @3 O: ~: `1 |+ ?
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b; ' c" G0 Z: z: ~. w' r! g6 N
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。 8 T9 Y% K1 ?5 U; I
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX $ F% |! S6 g$ l1 V; E6 c: H6 g# @
# S& F. s1 D: z, D$ e! ~9 Y
反射电压VOR设定在80V~110V。
! r2 H3 P, `3 w+ d: ?, j, a. T
连续模式时计算DMAX:
. f& ` {& b% W* w) Y非连续模式时计算DMAX: 8 g4 T( B7 P! x3 I
其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 $ a$ C/ Y2 e& ^: t/ X! Y5 [, m
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小 1 P) s9 n" h8 {" h; m+ r4 D2 x4 \
% w7 t, J7 p/ U$ E3 u3 f
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:
. x" P! r7 C( g/ ?" ]% B' O
( E+ A- z" U2 y5 t
: l9 {0 L3 S5 l8 ~0 t7 P
" D: [: \9 p6 z7 ` e, o, F- a# L2 J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。 " S. W% a# C6 K# B7 w
6、确定合适的磁芯 + a* b7 ?, u ^6 f1 E
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。
; H5 K$ S6 r9 k0 N% X. O8 i
: N# V6 y! S3 x( S7 {
传递功率:
( ]3 f* p8 \1 W9 E电流密度: + K- o3 k. b" L& H+ t1 v3 x) t
绕组系数:
: M0 a0 E! P5 d/ z: N/ G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。 # c; b% `1 C8 C% y( b
" ?( \+ B/ _4 X8 L' x图2.3:磁芯窗口面积和截面积
l( }* ]( t( d; G+ S1 |+ u
7、估算DCM/CCM临界电流IOB 3 g* Q/ r% R4 x. T
9 f0 v5 l0 t( g8 Z9 ^8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
, m0 d7 D: h X0 s" b+ q4 s7 x5 E+ N
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。
: z, O* M+ g$ p$ R# K. T- K
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: 9 U4 T2 F8 B/ Z6 r0 y
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
6 v3 G& ^4 q! f5 n+ H11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
' n/ i' p9 N/ m7 A# { M12、计算副边电感LS及原边电感LP: " I8 T' Q! V& V8 c$ x) v
: s* ]" [; @, q1 w @9 ?) ]/ g, U Q
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。 / c/ M' ?" K# f, {2 E/ v- V
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。
0 q9 ]$ ~- i4 m; {$ z; H14、次级绕组和辅助绕组
- K6 u4 }2 c' z( {' Q0 U初级绕组与次级绕组匝数比: 0 c/ l" M4 ~4 x# q6 }, o2 e
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。 8 S# {9 y6 ~* t: d& k) u9 W
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。 & r0 u$ c! ^" t- A
辅助绕组匝数
' D6 q0 ]1 w! R9 p- N! M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;
# B2 J% c: k, ]8 m. g5 p/ U5 e
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。
. k3 i7 S2 m. d' k6 C
确定磁芯气隙长度:
m- X( ]* r, V+ F# s 7 q: x+ j4 v9 x3 ~) i( A
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。 2 |3 u# J6 \, A x7 c; l
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。 ) ^+ s. ^+ H3 T/ S p* H1 |
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
4 n* _& b. k: D2 y1 ~& d/ e( P9 W1 O. T. C: Z9 c# _
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。
/ r- X( T% m% B! V4 l7 M9 [) |
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: 8 v3 \# e0 N% }- A; K0 K1 @4 D% [
1 I% b( \ `" ]. T, b) i
# p& O( E# q- _0 x( z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。 1 K; R6 T$ S5 [
|