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- ]
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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! 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。
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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。
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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
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+ 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
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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; a3、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;
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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;
+ 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
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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
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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: 3 s A3 G* Y2 X! [
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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。 + 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。
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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
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图2.3:磁芯窗口面积和截面积
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7、估算DCM/CCM临界电流IOB
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* z/ U) l: k* ]3 j8、计算初级绕组与次级绕组匝数比 , s4 |: N( y: a" V! C) l
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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:
! g" T5 X% F- q: B4 f# H7 i10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
1 s3 u* v7 y2 M0 y! K8 f9 g9 K& u11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
9 g* z- a" k+ h12、计算副边电感LS及原边电感LP: H+ P9 o2 p. h5 W/ T1 ^/ d
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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。
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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。
$ k5 `5 ^6 i+ L7 i" T14、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。
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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 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:
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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。 . 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。
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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: ) G# D* i: e6 y
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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。
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