本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑
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, Z2 s1 g0 ?1 B# f8 ~ i5 ^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。
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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! ! p0 b/ u) S$ _4 N% j+ S
1、确定系统规格
9 a6 {, O/ T0 ^( T' a9 c# r" U8 F% }. k- d8 E w h q) |
最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
% E4 B" [4 E! Q+ Q- B
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
2 l! {, Z" X" N/ L( t; L
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。
7 L1 O. [7 N: N2 g1 u4 N
输出电压:VO,单位:伏特。
; e4 s! m7 h9 }6 u) k7 s
最大负载电流:IO,单位:安培。 % J6 f1 O; D) P1 c9 t
输出功率:PO,单位:瓦特。
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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。
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4 U( o6 N) K$ V; W# w, |
2、直流电压范围(VMIN、VMAX) " \5 G" y+ k& c9 D; W5 I
最小直流输入电压VMIN ! s- B5 {& e8 x& _: X
# \9 B3 ^/ i9 g- C; R6 x
其中,
M* \2 q3 K$ f' ?2 V0 N
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 6 t4 [. C5 f% t x
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP 6 e/ I) U" Y$ L+ ]' G9 T- ]
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图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a;
# a+ j/ Z. m/ W. `0 e
- P/ O0 I( O( ]其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
( U; E. E- M1 y4 D- B0 ]
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b; 5 [$ U& ` c- a; T5 ]. y3 P& i
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。 % W3 g G) f& f/ D/ C" R8 t
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX
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+ s% {6 U% O2 n0 S7 [ k: J反射电压VOR设定在80V~110V。 6 n8 f8 @! c* Z0 C/ d
连续模式时计算DMAX:
) L5 C7 @. ~% m3 j( {非连续模式时计算DMAX:
+ ^) v6 t% b7 a3 j& p/ u- {- H其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 7 H2 b: c. @9 q. Z9 N0 t
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小
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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:
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J8 O4 N- r) c# M- L3 s5 ]
5 K5 z, ]7 ^7 M. D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。 . F; \4 H j/ [' i" V5 q5 W" A. |
6、确定合适的磁芯
+ C5 e. x4 l3 c6 v( 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。 4 L" J1 Z c% ?9 N
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传递功率:
8 Z2 W Q$ j" }- x% k电流密度:
) N+ N6 i: {" q# E# U% E绕组系数:
C% Y, ?7 z1 K8 d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- t) l- T# B4 u8 p
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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 j6 x7 ^9 P4 y1 w
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8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
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" C8 s1 R( l" K3 K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:
: t& s5 e' I5 Y6 S" n) d2 t9 c10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
6 G3 c/ B. l$ ?! c8 D% ~: Z11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP: 2 E+ k* G( T y* {' U7 u
12、计算副边电感LS及原边电感LP: 2 _$ F2 \( }9 ~" T: }5 y
$ o- X7 O! y4 F& N5 ^$ t! p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。 & p- c$ H! q- Q' i; L5 ~* N
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。 1 ]' [$ B: y$ l+ d) @ S, S# U: o
14、次级绕组和辅助绕组
" n9 z, j5 U1 `4 K& j8 P! e0 q初级绕组与次级绕组匝数比: ' c( Q4 [ p2 ?
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。 - q' X0 i1 C+ M' J, ]6 R- Y8 Y
辅助绕组匝数 9 M3 f" f! Y$ M( x
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。
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确定磁芯气隙长度:
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4 e( b& T, c6 f' y3 _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。
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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。 * ~7 {$ v' V2 ^! I8 a4 w
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
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8 E; t/ q9 z$ _0 \6 x; s' v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。 $ B' O* _ F; m B* _3 ^. `
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: 1 e& K; T8 D. \# h6 V
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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。 0 r% c! k, ~9 Y) J
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