中国安防论坛

 找回密码
 注册
查看: 23867|回复: 0

最全开关电源变压器的计算公式,给大家整理好了

[复制链接]

安防偶像

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

积分
1715
发表于 2022-4-21 16:13:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 " G9 {) t' g7 R9 N

7 U5 P" k  h- ~  I* ]+ ?

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。

% |3 k( N( Q- ]

% L) Q$ c" m# |' B; g0 M& u  Y: O/ E' ?8 a+ B

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!

4 e0 j/ ^6 {) ?  J$ e( R

1、确定系统规格

; y( z( V3 W1 a1 u

1 c& Q2 a0 J+ B+ w# t. h

最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。


) q: l5 I. \. Q6 H: u# E$ U

最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。


9 o) Y5 a. ~7 N6 _0 i

输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。


, r" O" p! g# K& x, \% E5 P5 ^( f. z

输出电压:VO,单位:伏特。


. ?. H9 J$ _" W0 `

最大负载电流:IO,单位:安培。

0 N, X! W+ t0 T7 l( [: N& S

输出功率:PO,单位:瓦特。


' J0 H( V4 a0 m* u5 m

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。

  t' O7 a7 ~- j) [! w0 Z; c7 @. F& i
6 L, y; _) |: q! M8 R

+ p3 d, K5 O3 J# s& y' ]

2、直流电压范围(VMIN、VMAX)

3 d) V- A% J; `9 Q! U$ g# X

最小直流输入电压VMIN


; K5 q' ^' o  k$ ?9 n
2 f7 ]1 ?; p" o$ z6 j

其中,

$ w( t5 `: _, L2 F+ P8 u

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 ]& k" P, K$ F# P3 I; a

3、相应工作模式和定义电流波形参数KP

' C# M7 l) F' K2 Z  d) v6 L

2 d( Z8 p+ c! z# ]% O

图2.2 电流波形与工作模式

当KP≤1,连续模式,如图2.2a;


$ ^; R; k& h, k7 m0 _; u% W9 \

+ Q. I9 _4 G7 t- ~2 X/ f( N

其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。


4 R. j: D8 j% L  y/ L! o, v

当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;


+ E7 x! R0 [* C6 V; q3 e6 ^

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。


0 `- j$ R1 b4 F8 ?2 ?' D# Z$ @2 n

4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX


5 Y8 R5 F  G6 Z6 x) o. X+ B! a# V3 b) {1 j

反射电压VOR设定在80V~110V。

# I, g! g8 S  u

连续模式时计算DMAX:

5 _5 E9 L' r1 p* J( N

非连续模式时计算DMAX:


  u5 Y! Q0 c- G" e

其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。

- A9 J8 N8 e* K9 D: `- Q

5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小

$ B+ r5 z2 b# A' }$ t
* Q) }( {! p6 @( U/ ]9 E3 s

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:

3 s  A3 G* Y2 X! [


, U: h0 B( Z' z. a. u* w+ [* W# J. b
3 m6 f/ l% \9 I* E

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。

+ H" z  ?9 X6 K" S! L+ L( \

6、确定合适的磁芯

' O4 I3 C+ ^6 K  R

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。   

                       


3 {) W) k& _( l

. x) z5 w5 Z+ d6 R0 U6 n* L4 k3 f3 G

传递功率:

$ B# K: P2 |8 P+ ~& p

电流密度:


& E6 h, m$ C* w3 f% n

绕组系数:

1 d4 ^& j/ s/ l  G+ a& m

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。

3 ?, J) u! S* e. `& R) y3 Z6 Y1 O' \( g

* x0 h; ]# d" a5 |* s# b

图2.3:磁芯窗口面积和截面积


  B- I# E4 h" V

7、估算DCM/CCM临界电流IOB


9 u+ Z4 C* Z8 ?4 E) O
* z/ U) l: k* ]3 j

8、计算初级绕组与次级绕组匝数比

, s4 |: N( y: a" V! C) l
; T  X' C$ K0 L* e' y# p" @+ Q- 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。


5 G! M. ~% h/ [  J4 _' l6 G

9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB:


! g" T5 X% F- q: B4 f# H7 i

10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:


1 s3 u* v7 y2 M0 y! K8 f9 g9 K& u

11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:


9 g* z- a" k+ h

12、计算副边电感LS及原边电感LP:

  H+ P9 o2 p. h5 W/ T1 ^/ d

# B# K6 E) e8 r( e4 @$ V

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。


8 O1 e1 f- i  ]$ w5 V" 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。


$ k5 `5 ^6 i+ L7 i" T

14、次级绕组和辅助绕组

7 m* [7 \8 I! r3 s

初级绕组与次级绕组匝数比:

0 i7 s+ ~0 p+ 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。


# ^5 c6 e$ v$ u& f( }

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。


% i) Z5 g9 S+ g' ?

辅助绕组匝数

0 F9 `9 o/ h* Q' c4 Y4 _; m  S4 T

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;

- [; u6 C0 S6 {! h0 |

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。

2 v- E: s: }3 ]* @1 F0 S1 ^

确定磁芯气隙长度:   


4 _: }$ W& h6 P9 @9 {

9 c- f0 g3 d) e9 {: y" b* B

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。

. P) D8 f! e- }: c) H

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。

% H, F7 e+ }) M% t) J

15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。

4 d1 s2 p* a. ]4 i2 c

( t4 _# ^! X6 M) f7 A( e/ S/ o

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。


4 d9 I6 G( d6 a9 i1 T0 ^

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:

) G# D* i: e6 y

+ S, h' H$ |7 }& d/ R* X4 r
" r2 W' c, w! _3 L/ I! ?  x4 v" U

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。


$ s2 D1 E1 C3 c3 {! H2 R

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
思睿达联系人:何工 18923426660,欢迎来电咨询,申请样品。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

安豆网|Archiver|手机版|中国安防论坛 ( 粤ICP备09063021号 )

GMT+8, 2025-10-30 13:13 , Processed in 0.063642 second(s), 19 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表