本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 0 H6 i$ ~: @2 }4 T
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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!
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1、确定系统规格
+ r+ @: D3 p% I9 {4 U# {8 x* w! w+ b+ z5 n. @
最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。 ( J& H! C0 R* A8 m2 L
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。 / Y0 u1 R! C2 R" A- \1 ~$ ^
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。
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输出功率:PO,单位:瓦特。 8 `$ ?( i+ ]( T8 b, B6 S5 f
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。 4 j2 e; E" F' E% T, u9 A0 Y# D
; f# O. Q+ |) o
/ |2 o# C+ O4 K3 S9 S2、直流电压范围(VMIN、VMAX)
6 Z7 i P- ~! i8 V3 {& {& M# A最小直流输入电压VMIN
* _9 S$ G. i( S. |8 X& Z# R9 }* S% ^: B# ]. u% q
其中,
4 h ^: ]5 l1 Z
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
+ [2 d2 o' d/ R6 r# A5 K$ T3、相应工作模式和定义电流波形参数KP / w6 Q+ s0 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; # D- L( d, [; L$ ], b
; i; q# N/ C0 p4 O' x3 O其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。 / _, }9 j7 C4 S
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;
% o; |. K- ~' S- w! V$ [/ m* r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。 . N/ j2 Q; T0 H4 L5 l- w' `& Z( Q I+ q
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX 4 p9 C4 f% @1 Y1 n+ {" j) c
) ]/ k9 _7 M" C7 ^3 ^8 Z
反射电压VOR设定在80V~110V。
% Z5 I% ^6 k7 y: H) F9 t; J8 P" I' S
连续模式时计算DMAX: * w) G; P4 g! }- l' T
非连续模式时计算DMAX:
F7 n7 p5 v) S Y' H其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。
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5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小
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2 e+ Q, g# h' y% o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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; _0 J) D3 [: W2 V1 ^ c- o
: A! z6 _) l, @6 _% ^/ N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。 - z8 n3 E6 _+ _2 `
6、确定合适的磁芯 ! ?5 h" @ }1 r3 {
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。 : G6 J$ l0 k& n T4 I% M) U$ c
0 O) f; Y2 g2 c6 _( M6 B# [- p
传递功率:
1 p) ^' h4 d( {电流密度: 0 j0 Q, O- Q" W' W: J3 P: q
绕组系数:
& K" G* E$ e+ s* u; S, `$ u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。
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]! n7 p5 O) {, l. l' Z( p图2.3:磁芯窗口面积和截面积 5 Y+ E/ M7 y" U' k* K' _
7、估算DCM/CCM临界电流IOB
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8 N8 E9 W+ s/ f5 G. E8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
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+ e* s8 I! q& x" ]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。 ) u" Y9 W1 D& n- A) d. @
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB:
) a2 E& s: J) c+ h5 e+ h+ S10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
~$ m0 z( r2 z) h11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
4 |2 Z4 V6 {: K) L12、计算副边电感LS及原边电感LP: * q+ N+ b: a2 Y
7 B7 B0 u; @8 f6 P4 i4 A2 f4 i. q8 A+ w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。 + G3 ~$ p8 |( n. l& s5 T
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。
, t0 R8 J% N3 ?3 r; K14、次级绕组和辅助绕组 , f+ w8 h; y3 W4 u
初级绕组与次级绕组匝数比: 0 T3 z5 I3 n- h
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 r" A: q3 g! Y1 E5 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。
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确定磁芯气隙长度: , g' Z- [/ q; S- B% n
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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。 % [: G$ b1 h; o
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。 , e1 H- t8 W# C$ k+ w$ _
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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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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。 5 r J' O; D! F6 A% ~
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