本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-21 16:37 编辑 , Z: s. `$ r$ v) D9 d
4 }: v/ q" t4 S6 e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! 5 K4 N; v- n+ T; |' l& y
1、确定系统规格
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最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
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最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。 $ ?) g( M$ \0 r: {) N
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。 / @( f# H( [: i% o# N9 U6 b
输出电压:VO,单位:伏特。 . M+ w- E8 ?7 Q8 J- A, q+ C
最大负载电流:IO,单位:安培。
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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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2、直流电压范围(VMIN、VMAX)
# g' @4 b/ D3 J: a% y最小直流输入电压VMIN
( ^5 z( X v. W7 T
' Z: h' V% K" m其中,
5 E G; X3 s! Y* d1 @; u
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 . f8 ]% @4 n- b1 k- C0 q) l
3、相应工作模式和定义电流波形参数KP
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) r8 e' @8 d! R r) ]图2.2 电流波形与工作模式 当KP≤1,连续模式,如图2.2a;
! H, O! a% p( ?6 D( _ - l. k7 x u+ V! \* [
其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
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当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;
5 c, v ?* ?2 f [6 |. d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。 . s* N4 j9 B% C1 m/ r4 H! X5 V* z
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX
2 H/ |5 P' N0 O/ c E
* y; s9 a1 H# K反射电压VOR设定在80V~110V。
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连续模式时计算DMAX: 7 s$ `4 J ^1 ?' Y$ ^' P4 }" b/ [
非连续模式时计算DMAX: % F+ I' l% T; o( c
其中,设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。 * T2 J4 Q6 Q3 Z( F: z
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小 ' F/ ]1 E! o- L7 q
. ?! N H* ~+ I0 x+ L+ ~( g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: , E* F; B" U3 ]& X4 n
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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。 R1 x9 Q: i# F' o$ w/ W
6、确定合适的磁芯
5 e8 r6 P* ?9 X7 U& T8 `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。 1 J6 F+ i' G5 W" }) E& A6 t! l1 u1 _
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传递功率:
/ o' U1 l3 P. j% A7 F- i电流密度:
1 k, _# ^' ?6 B9 Q* a; h1 ?1 }绕组系数: . O- Y; b+ g0 L/ x2 k
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。 , G" c+ ?" A4 J: [5 T1 |
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图2.3:磁芯窗口面积和截面积 + y5 w7 V9 T0 I% I; ?
7、估算DCM/CCM临界电流IOB
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# q$ s9 o, |1 H4 A8 |( K8、计算初级绕组与次级绕组匝数比 1 J1 H' I% L* \' A Z# T) z
6 f5 E0 f5 O7 d. 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。 , _% y, N4 J- B8 [8 i' j& W A
9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB: # i* P: |6 M3 n! J
10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP:
8 Y6 h$ L1 e* s* Y5 P9 j. O11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP:
$ M6 `) F3 @0 g4 k12、计算副边电感LS及原边电感LP: . ^+ K8 Z' _! m7 l9 ~6 _
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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。 , D4 F9 H2 a$ }# Q
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。
' C% J! p6 N' E k9 Q0 L5 D% M14、次级绕组和辅助绕组 , N& h0 r; v W# w) I. j6 d
初级绕组与次级绕组匝数比: : [/ p1 n6 b3 t" o- S v$ _- M
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 / E C5 z& l! G; {& B. @$ R2 t& A, Z
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; # y3 P V6 H. }4 m
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。 ' \7 h) a, I% h1 y
确定磁芯气隙长度: ; B3 @& Q; }, X( ]$ `' ^+ e
0 r3 f- [6 E& u( J& |# o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。 ; S; B$ r# @* N% u v. L% t. U
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。 ( ^! H, C5 f- V$ t( c1 a
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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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; E2 x" C& [7 N3 Q% }0 i* j9 P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。 " h4 t1 B' Y, U7 m( i4 y' i1 o
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