本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 5 A$ J# J8 Z: L# n \4 R+ k# e
; j, q0 c3 f8 W* ~ N# x3 B# t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。 , N- N6 H8 J/ `& t
) \/ _9 x( Q! ?- p) I: E4 z; Q
% i; L' n8 J/ i$ ^ C6 g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 9 \1 O, B; h% M& q% E2 _1 q
9 o( B$ |: |3 f
最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。 _3 y, K- o6 t# b7 [
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
$ [ v7 b' A+ s' x% i" q
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。 ( l( b' a' }" s7 \9 f) v
输出电压:VO,单位:伏特。
3 z9 S. R: R& Y9 h
最大负载电流:IO,单位:安培。 2 z' t) `. k' o) h3 V
输出功率:PO,单位:瓦特。
. Q6 ^1 E q/ C
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。
+ }+ |" E4 b( H" h; e' G5 w) H _" C- I
4 o7 C6 H" D& p) s+ [* [2、直流电压范围(VMIN、VMAX)
' Y9 W) h) Q0 k* s) | R7 Z$ o1 N最小直流输入电压VMIN
& R" m+ Q. _- i! s" _: ^9 F5 r! S: i/ n5 G @+ f) b. r
其中,
; g6 b8 t. r+ c& C l @7 p, @
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 7 o' r" q, Z! e7 D N
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP
5 D2 t S* G' f" h3 ~/ m ) p' d* K# P# z/ P' l5 t7 d
图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a; * H7 P% R2 j: O% x' m/ l
* J! i! E- [5 D: Z y0 E7 C! ~其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
9 Q/ B5 a; T, Q' z/ X& |
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;
" `6 o. |9 s; }3 z$ S' X) E4 h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。 ) c# V, _: p7 F' z
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX ' B0 b2 X& c4 C7 W# R/ h
Q( f; y' S! z* X# S( V; c% c" k反射电压VOR设定在80V~110V。
( y5 t4 E: w8 T$ x1 O3 \: I3 s
连续模式时计算DMAX: : q4 a5 d" S: [" V! [/ m- J8 ^
非连续模式时计算DMAX:
( Z' O1 V8 S9 w其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 4 l5 s. I9 B1 [5 |1 j
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小
0 P n1 f$ Q3 i1 u6 R V
) b) B# }! f' [- Y2 r) \& G2 L h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: ( d* ~/ X$ q- _- k. k9 V. y
I$ M# @4 M, ] ~/ Y6 G) s+ E4 X7 p2 v- w4 Z- K
4 b! Z- E1 [! N5 C# ]3 i) T( w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。
4 q- L: i# g% A& G0 C) G
6、确定合适的磁芯
( ?8 z' |$ a0 a4 n6 V5 k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。
+ L4 n/ S. h% }4 Q& V: l9 i- [2 l* K% `( K
传递功率: 7 p; Y; P% L) k: y7 O4 ]
电流密度:
4 j: [( t( _9 G3 |3 M绕组系数: ' b+ H6 l$ J1 S- o9 ?/ A3 }
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。 ; q" e E1 m: `4 A
0 \# z ?$ K' R: M: s, B: P
图2.3:磁芯窗口面积和截面积
+ }1 n; V. f" ^( Y/ A/ D4 q
7、估算DCM/CCM临界电流IOB " E9 O* h$ {9 F3 k* [
# l6 l4 s$ h4 d( h5 F8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
, j2 F! A' a1 V/ X) y0 }' h1 t
- C, p: y5 j5 D" y& G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。
' u7 H% D- p7 ^ `, s4 V r5 r
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: , i; f! U& f' P& {1 P: E C
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
5 C* u+ m" i3 s( S- b$ e11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
" w* j, C2 h+ J% s12、计算副边电感LS及原边电感LP: 3 ?$ v; m+ Q% {) [# D7 D- u
' j3 x5 U0 [- ?0 `( P8 J# L8 b
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。
- F/ p) l* x% R8 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。
" V9 z. R3 E) ~1 Q" J: _14、次级绕组和辅助绕组 , e: w3 u- F3 b! e, p9 m
初级绕组与次级绕组匝数比:
9 Y+ Y2 p# z, D4 T6 F9 y4 o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。
0 S% o. }, H% P% G
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
6 r% ~8 j5 M5 m* f* K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; ! @; _% g$ A q9 i- z7 r2 x- C
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。 0 m. U5 I5 H9 J$ S" }
确定磁芯气隙长度:
3 p4 a( G7 D& y : S. ?1 ^2 n4 S9 H7 V; I, u
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。
" d" @/ E0 c* `& ]1 P
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。 ; g$ f. L6 `6 @! t
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
$ g5 E, E n9 A! X, d& g& _! m5 J' ?$ w$ z: ^4 p9 S
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。
: Y9 C' ^0 v- q$ f T
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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8 H" E' R$ [( W [% Y* ~5 v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。 " L6 H3 h" O& F; m
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