本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑
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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。 % M; O; n3 ^) r* C, }$ c
, B" Y+ V# K+ y( W+ p
- ?: \, {* u+ |5 e( [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 " s( S" {1 u8 Q0 c, h
% Z6 o& \( }* P9 D" r3 V' ~最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。 R/ U. x: ]5 a! y" l( \- ^9 _' _, @
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
$ i4 q8 C9 K- r x* {5 c4 z
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。
3 \, H1 W/ [* g0 U
输出电压:VO,单位:伏特。
% U3 D+ r' B9 N" z: I2 \3 P
最大负载电流:IO,单位:安培。
( r- ?- C7 C! q$ C, {: C
输出功率:PO,单位:瓦特。
0 ~% p& N3 T2 g
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。 , z+ `2 F5 h5 X4 w6 Q. f Z
0 a- d9 V t! e% \
1 ^/ f) p% {! e% D2、直流电压范围(VMIN、VMAX) ) P2 O+ P$ t1 r3 u. C1 s4 i
最小直流输入电压VMIN
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其中,
( N9 S' N) U% R* A% s1 `$ c( q$ S
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 , S1 O; {( e" P# t
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP
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, l# d8 L, D( n. q' u图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a;
5 L* [" P* d* \6 M7 m7 A, G) J 5 e8 N; A E: J! {; }7 s; T7 {
其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
6 M: m7 s @$ t2 J% q
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;
2 B8 t" `- x3 ?( H* I5 L+ 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。 1 H5 A% E8 H4 ?7 C. j5 ^; K
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX
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6 E3 D+ \; J. u; {8 p反射电压VOR设定在80V~110V。 0 n* r/ m( n( w
连续模式时计算DMAX: 8 z. x! N) q: H# \: W
非连续模式时计算DMAX:
) L1 |) R- A- m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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1 i; N6 E6 A+ t* z3 d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 m/ J7 o- `0 V' w5 k + i9 L; ] k( \8 i# E
* E' |2 w$ ^7 F0 L' p
8 {- u3 F8 i0 ? F# b# v( {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。
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6、确定合适的磁芯 ) D3 u3 J: f2 w0 E9 E7 Z! Q
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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1 k) c! H/ L6 q9 |. r/ c" t* |5 A
传递功率:
' O8 `7 b( {6 Z电流密度: / V- ^5 Y- E2 I; ~( A/ Z. d4 V
绕组系数: + I' P+ w. f( b. @2 R
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 U/ Y, a& [8 l- \( B
- q. e9 I5 ~ l, Q! g- M图2.3:磁芯窗口面积和截面积 ' l% V6 S; }* ^( a- B/ E
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 $ } V, q* h4 l) K$ }. W4 W
0 A! T5 t: Z. H) I0 u
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。 & ]0 L" I9 ?4 a' _& K; x+ H
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: ' a4 C# Z3 L1 H2 ^1 j( ~/ V. \
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
, r* S4 [: L( \! a11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
" Q, ?7 j- B' _$ s2 Y7 g. B12、计算副边电感LS及原边电感LP: , ~* p; r! q2 p- ?9 `9 r$ m9 |
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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。 + n! o" n: @- a6 z6 s4 `
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。
# Z# z: F& `7 Q# K& G+ v14、次级绕组和辅助绕组
5 o9 M" @& L' p! D3 W初级绕组与次级绕组匝数比: ; M' C* @" A" D2 w" ]
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
$ Y! I, R \! a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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0 b9 Y# i3 ]: 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。 4 R9 x0 a* W* G
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。
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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。 " z* {7 ~& J1 T0 f- o
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: 9 ]9 h# s# v( C( a, c3 p0 k
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; `8 [: ?, J# ?/ {* F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。 ' E) \5 \) H7 T9 ^9 Q
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