本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 1 Q+ `) s, ~6 ^5 Z% y2 C; Z; q
7 K. h; P* f0 q! K* j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。 9 S0 i: D* Q. V% Q" d; g
/ I' l9 |( R. S: l- d, g2 [/ ~6 t3 `; r. [
: y9 e; P4 F% L8 e2 I$ r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 `* v h- `# j$ h
M" q! O" d( f
最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
9 L$ @* w8 H+ L! N% i! `9 |4 s
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。 3 j+ B9 D( r: {: t6 c
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。 + M8 N- `2 ^2 z/ _
输出电压:VO,单位:伏特。 " Q( Y# I) O( w( S2 @
最大负载电流:IO,单位:安培。
' f# t* G- a3 V, Q2 v
输出功率:PO,单位:瓦特。
% t) y5 h8 ~7 N& l
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。 5 _+ c( v2 }* K
. N' |/ x, u5 o+ C7 l
$ Y+ M# F- ?& Y& k2、直流电压范围(VMIN、VMAX) $ E$ I( ?( H% _" n; f
最小直流输入电压VMIN 2 ~0 P! p) z: q c* q/ L, o5 r" J
: T5 T2 ^4 r% t- x! k0 Z. G( S其中,
6 f' S% b% N W* H% }- T& [
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 + ^1 r- v3 n) E3 L A
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP $ G8 Q% z7 r' m* Z9 K! x) L) }7 A* N
* O, `3 {; h2 ?4 U9 Q图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a; # O2 x( }( S/ U% ^
: u3 H! C; T- A) A其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
* x8 G) T9 m3 q4 w5 d: ?
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b; 0 K. @7 {8 T6 U. F p6 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。 7 b+ v0 ?; \# J# u, x$ y
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX 0 A5 p6 X3 c" D3 [
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反射电压VOR设定在80V~110V。 % y) @( o8 N d$ E
连续模式时计算DMAX:
" `4 D6 R, \( O3 x% f5 o4 b非连续模式时计算DMAX: 7 ? K8 q( D5 K) l
其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 2 n2 E6 ^: p. H2 I
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小 8 S0 _; z& v2 Z. S2 l
7 ^" n( c2 r. f' c4 a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 _1 M. v# ~' @ S+ z
' h }7 `# r5 @9 }- I
0 e" u5 T9 {. ^5 [% a8 Y
. X" n4 O& s3 }- p4 |; h. u' a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。 ( o! l) k+ T. s" g( t
6、确定合适的磁芯
% \& h0 ^6 v3 r8 Y( J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。
' z2 K1 K! B2 [8 ~# T( {+ _5 E' F# I0 _; K7 D
传递功率: g( P- q4 Y0 p% g7 z9 C4 b
电流密度: 8 C# p3 s5 f/ p+ u% L
绕组系数: " u7 l! ^1 f$ x/ U2 m3 f
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。 / N( s' S8 F6 `( y; o
4 h. c) w* {6 t4 V4 y X/ P图2.3:磁芯窗口面积和截面积 + |" L. |0 L) D( l! j
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 : [8 P! U# H; E* `9 d! ^9 Q b- [
+ ? y S% x* V8 \
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:
: {/ O; T- u- ~' ]10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
, k! a# q* S$ w$ H: V11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
8 u9 m; P% ?; ~+ \# k! ^0 y12、计算副边电感LS及原边电感LP: 6 Q; Q; t0 `8 L1 I$ n3 h1 s N
* a3 n: _7 ?% h
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。
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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。 & m6 [ z6 [8 k/ W; i
14、次级绕组和辅助绕组
1 M# D; C9 @# H9 w初级绕组与次级绕组匝数比:
" _, Z( N: S- w" T& {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 ( P8 E. x/ Z" q7 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;
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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。
" A( l# P4 `! r
确定磁芯气隙长度:
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$ k3 X) k% P' [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。 ! { g4 o/ g; B
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。
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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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! G: A$ Z5 y# T: y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。 % t" a1 u* e! f' f
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