本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑
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?" y0 `" g5 J3 w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。 / C9 ~, d: }9 D* Y- P; ] u
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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！
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1、确定系统规格
" W+ o: ?8 a" n) Q( R: y6 G! A' o( s. G7 c
最小AC输入电压：VACMIN，单位：伏特。
* y" Z. m! n) g3 W; Z- ^
最大AC输入电压：VACMAX，单位：伏特。 5 P& }% C; d6 S' t
输入电压频率：fL，50Hz或者60Hz。 1 ]5 L2 h4 r& Y4 ]" X1 f" E
输出电压：VO，单位：伏特。 8 o6 \/ J1 ]) d8 O1 }# T
最大负载电流：IO，单位：安培。 7 V3 |" \" R8 S! f% _( @" l% M" D( ~
输出功率：PO，单位：瓦特。 8 n8 r' \4 E0 R4 k0 {4 U. 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。 ) \ q7 d3 k+ }
4 |$ U( N4 s8 x1 \
' e) X, Z) k/ M+ p0 _6 A
2、直流电压范围（VMIN、VMAX）
0 h. ]- g# y5 Q5 e9 N. `最小直流输入电压VMIN " T: c' B o' P: z( g6 u/ ]
, d$ H0 ]# d# l
其中，
8 O4 ]) V' @5 b
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 ) [) K' j8 ^5 O$ n( i* ]% K
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP 4 E% g- z5 w% r8 N
# P5 f- [+ H7 d图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1，连续模式，如图2.2a；
7 a3 O# m0 b8 q$ `2 n! u5 z
2 s* Z# G6 S; t# c! ?
其中：IR为初级纹波电流，IP为初级峰值电流。 1 W4 R- r j# ~: [8 i6 W4 d/ t: R
当KP≥1，非连续模式,如图2.2b； / |3 }& d: ?. h
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。
3 _: Q7 ]% P8 o, @ Z) e; t0 M
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。 3 [2 e9 _6 V+ m; J. W( x
连续模式时计算DMAX：
$ G; e! W% V: X3 N非连续模式时计算DMAX： * g8 T4 o$ `" f% O
其中，设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 7 N7 E. b3 B2 q: q/ M1 i
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: 0 L# T+ M0 ^" V* f: L
, q% f0 k5 a8 @* U0 T
1 J; k& q/ Z3 I' z( Z. ]* t5 U. P8 z% `4 Y" c! i1 c" ^9 \4 {
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。 ; i$ `' e# N1 I( i2 l0 T; G4 A
6、确定合适的磁芯 ; b; r. ~: T/ J& s2 c
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。 : c4 _+ d6 f/ N# {+ c+ c) n7 _; O
! G) j9 E3 M+ T9 r6 \
传递功率：
9 b e+ G) n7 C/ J- R电流密度：
g1 I1 n! n0 C5 j) ^绕组系数： . v X) U9 i& u- o- J7 ~% v
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。 / \8 Y, S p4 r8 y( Y
3 V# p. e4 \7 g# _# m/ x' O& q
图2.3：磁芯窗口面积和截面积 1 v) N) h' z- D6 |
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
* o: u; f- M2 z* q1 V/ j" @0 s7 r% @8 \+ |0 {6 w [* M
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： 7 O# k7 Y+ m5 f ]9 e3 Z0 ?+ e
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP： ) y* Y/ [; A! p. P5 @
11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP： , }, n" _ f1 G) C( b+ i
12、计算副边电感LS及原边电感LP： - R/ A6 K( C0 w1 q+ Q. P
( k$ W; [9 {8 o8 c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。 5 h& h+ z/ X0 Y0 O
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。 , ^+ F) q7 D, p& G
14、次级绕组和辅助绕组 + K9 w( l, O9 i' l
初级绕组与次级绕组匝数比：
0 u! i* _0 v' Y" N# F6 V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
9 X1 @, v$ G! F) Y2 J' D# c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； 9 v% n% `0 |5 P' |1 k
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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$ [+ n) h) l. ~" @) G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。 4 p+ j; w; t5 ?. D1 J
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。 4 T5 t" g. J8 {( C+ x
) x9 `, `5 g5 }+ P! Q$ D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。 * i* ?" u8 f) y, ^' _3 Y: u
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： / V/ ]# a t8 t6 B4 w4 P, Z
4 J, k2 f( p3 L1 ~: Y1 A$ t
; P( o# R1 s" Y" f9 S; 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。
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发表于 2022-4-21 16:13:14
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