中国安防论坛

 找回密码
 注册
查看: 23533|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
# ^5 C7 S" r  c* I9 B; g
" f4 H/ K% Y* |  a, Z7 S3 h

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。

+ M% W$ S' J5 I4 \( c+ t
5 {9 l4 A* L" [1 M8 R
: j# a, U) C% J# I/ H/ I) F

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!

$ O" x7 M, L. R0 R

1、确定系统规格


" t$ [- \$ ^. g& k% @- b2 @7 P' \8 d  t4 X/ M! C

最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。

- @6 T# Z* p$ J% K7 l1 X

最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。

1 W+ x, T8 n) K1 {' F2 j; k

输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。

0 g% U0 y1 \, b4 E

输出电压:VO,单位:伏特。

" d5 j8 I! u" c1 w, c

最大负载电流:IO,单位:安培。

: p# P# k/ ^8 g! s

输出功率:PO,单位:瓦特。

2 m1 ]; b( J7 D1 h

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。

' ^$ Y+ T3 `* S9 _

8 \0 g3 r2 d/ W5 J! f0 o2 Y
+ f; T& Z0 S. c/ `0 \. B

2、直流电压范围(VMIN、VMAX)

$ ?. F! R7 M* Z. ]

最小直流输入电压VMIN

9 b3 P7 c3 d. P" O1 @. n
+ p; i9 w* k* q

其中,


+ g4 ~4 e( |& F! \

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


& L: W- \  ~- _) ~1 E

3、相应工作模式和定义电流波形参数KP

/ E$ M/ V% e- ~# c6 j
4 G8 q  y6 W, l9 u' f) r

图2.2 电流波形与工作模式

当KP≤1,连续模式,如图2.2a;


$ i8 V8 Q2 ~, Y+ j% s7 T2 Y


( @8 y" q7 [( P, K) {3 a' J. a

其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。

7 V! ^( x( @8 m) {/ Z  p5 _

当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;


7 Y9 M+ L- D, o! W. D% E8 Z- w

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。

9 i; A, B5 m: ?. M3 ^; r8 O. \

4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX

0 b1 @, s1 u5 ?% a3 p, u: J

; s( f2 z* G$ n2 @8 A+ `

反射电压VOR设定在80V~110V。


9 y0 F+ `- o' H, {+ ^( J: @# S

连续模式时计算DMAX:


7 x4 M( A! P' o

非连续模式时计算DMAX:


- v& I+ x5 Z- U4 \* w9 @0 B

其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。

" j! P9 ~6 o. `/ {& t. b( ^3 F/ D

5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小


7 s  o' f' n' G) D* |5 ~
9 c- p6 e& O0 e' P! p

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:

4 t& O4 a& H0 U9 d7 u

5 T7 ?+ q. Y, z
5 @! {: n1 {% V6 o+ X5 c2 u

4 R/ h' H; ^; u% r

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。


7 i3 Q# D  l! j7 Y; N

6、确定合适的磁芯


" q& w9 ~6 f+ H: b9 N- t

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。   

                       

6 }$ f6 N+ @/ q* |$ C


. x! ?9 j  O- k& I! f

传递功率:

: O4 ]( L" c- {% P; `

电流密度:

4 l5 c5 N8 j- @4 I

绕组系数:


4 A/ R# E+ C" Y  m! J

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。

( @+ H* ^! K  f& ^

! N/ X0 R+ U0 h3 K3 a0 ?# `

图2.3:磁芯窗口面积和截面积


) J) k* y4 C+ q/ j% T# y; S; G

7、估算DCM/CCM临界电流IOB

+ n) S* R! R( p9 g2 V1 n1 Z) {

. @% p/ X! b* F+ l0 A. K, C

8、计算初级绕组与次级绕组匝数比


8 M; ?- x* j' ]' _7 |9 ^# q
8 d5 [2 ]9 X* f

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。

- @9 |! u$ W# B& E) u  c

9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB:

/ c7 D& \: [' r+ `

10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:


5 s+ e! e1 [4 t  E7 g

11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:


5 O; O6 y% w) ]

12、计算副边电感LS及原边电感LP:

5 Z" {3 H; Y& D7 `3 u5 F! {


5 \! W" k3 [( y9 e1 a( _

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。


, e; L4 ]: B0 f6 S  q; p

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。


8 K7 H. g  e4 w" |% t

14、次级绕组和辅助绕组


! A+ K# ^& V' I6 p( X. D$ U

初级绕组与次级绕组匝数比:

. ?4 b; h2 U! A2 I) z

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。

. b/ }$ O! A% U5 F7 V) p4 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。


( _8 J# K* C: R

辅助绕组匝数


0 v  C1 f5 ?1 X. B

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;

/ I% U  f" N8 j5 m* p

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。


  z% X# K  u3 Y7 q6 e0 m2 ?

确定磁芯气隙长度:   

: U6 C& ~9 b  t% |' l! y  [

" X7 B  I7 f- F* d7 Q" y  c4 v0 h

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。


  U2 O7 J% w3 z  w/ H* G. o9 x

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。


  \' E* u! Y1 ]  c% t6 r( f

15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。

1 V# W5 g9 v* u' U5 _8 V2 p: h

' F$ C: l/ I$ t* i; `# q

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。


3 s9 _+ M0 a* e8 J

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:


# I* [% R) |: A/ Y# I


" n- D. w2 ~# t: L. M
* ]# H; v9 a1 K' |& q

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。


# [; M& i0 W+ o! k# Y! ?( y5 O

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, 2025-10-9 12:33 , Processed in 0.118840 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