开关电源变压器参数设计步骤详解
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单端反激式开关电源中变压器的设计变压器作为单端反激式开关电源中的关键部件,在一定时间内具有不变的变换特性,因此具有较强的可靠性。
变压器的设计方案的选择对单端反激式开关电源的工作稳定性和效率都有很大的影响,因此变压器的设计步骤和要求都需要非常精细地考虑。
一、变压器设计步骤1、选择基本参数:在变压器设计中,首先要根据单端反激式开关电源的功率、输入电压、输出电压、铁芯材料、匝数及其他参数等,确定变压器的基本参数。
2、磁材和匝组设计:根据变压器的基本参数,确定变压器的磁芯材料,以及计算求出的空心铁芯的尺寸,以此作为变压器的磁材和匝组设计的参考。
3、选择变压器结构形式:根据变压器的功率大小,以及其应用环境的实际情况,选择工作最稳定的变压器结构形式。
4、绕组设计:针对上述选择的变压器结构形式,根据变压器的基本参数,选择合适的绕组几何参数,并根据电流要求以及其他条件,采用不同的工艺技术完成绕组的设计。
5、振荡线圈设计:由于单端反激式开关电源较复杂,为了实现对电压幅值、相位和线性度的控制,可能要设计振荡线圈。
因此,在实际的设计中,需要根据电路的实际要求,进行振荡线圈的合理设计。
1、电气特性要求:变压器的电气特性包括变换率、耐压要求、绝缘耐压要求、额定功率、工频噪声。
变压器应能满足额定电压比、额定电流、绝缘耐压、额定功率等要求,而且应保持满足所需的线性度要求,并具有良好的耐辐射和抗干扰能力。
2、机械特性要求:机械特性包括尺寸、外形和结构特性。
变压器的结构特性要求包括安装大小、安装方式、绝缘要求、电正性要求等,并要求可以长时间稳定的运行,在正常工作情况下,满足高强度,无变形。
3、热效应要求:在变压器设计中还应考虑高效率、低损耗要求,其中尤其需要考虑到热效应。
热效应要求变压器的绝缘材料具有高的热稳定性;并且磁芯的结构设计要考虑到磁芯材料的热导性和热抗性;另外,还要考虑到电磁绕组材料的空气隙、绕组物理结构等造成的损耗,以确保变压器的热效应稳定可靠。
开关电源中变压器及电感设计1开关电源中变压器及电感设计1一、变压器设计1.根据电源输出需求确定变压器的额定功率和工作频率。
2.计算变压器的变比。
变压器的变比决定了输入电压和输出电压之间的关系。
通常变压器的变比为输入和输出电压之比的倒数,即输出电压/输入电压。
3.根据变比计算次级匝数。
变压器的次级匝数等于输入匝数乘以变比。
4.根据次级匝数计算主绕组匝数。
主绕组匝数等于次级匝数除以变比。
5.计算主绕组和次级绕组的截面积。
主绕组的截面积一般比次级绕组大,以满足输送更大电流。
6.计算铁芯截面积。
铁芯截面积的大小关系到变压器的能量传输效率,一般选择铁芯截面积略大于主绕组的截面积。
7.选择合适的铁芯材料和线材材料。
铁芯材料的导磁性能和线材材料的电阻等参数会影响变压器的损耗和效率。
8.进行变压器的相关参数计算和模拟。
可以使用相关软件进行变压器参数的计算和仿真,以评估变压器的性能。
9.制作变压器的绕组和组装。
根据计算结果进行绕线并组装变压器。
10.进行变压器的测试和调整。
使用仪器测试变压器的性能,并根据测试结果调整变压器的参数,以满足设计要求。
二、电感设计1.根据电源输出需求确定电感的额定电流和工作频率。
2.根据电感的额定电流和工作频率计算电感的感值。
电感的感值和额定电流和工作频率之间有一定的关系,可以根据公式进行计算。
3.根据感值计算电感的绕组数。
电感的绕组数决定了电感的电流走向和电感的大小。
4.选择合适的磁芯和线材材料。
合适的磁芯材料和线材材料会影响电感的损耗和效率。
5.进行电感的相关参数计算和模拟。
可以使用相关软件进行电感参数的计算和仿真,以评估电感的性能。
6.制作电感的绕组和组装。
根据计算结果进行绕线并组装电感。
7.进行电感的测试和调整。
使用仪器测试电感的性能,并根据测试结果调整电感的参数,以满足设计要求。
总结:变压器和电感的设计是开关电源设计中关键的一环,直接影响到电源的性能和稳定性。
在设计过程中,需根据电源输出需求确定额定功率和工作频率,并计算变压器和电感的相关参数。
开关电源变压器怎样设计?开关电源变压器参数介绍在开关电源变压器结构的设计上要考虑以下几点,漏磁一定要小,这样可以减小绕组的漏感。
在结构设计上使其便于绕线和引出线这样不仅使变压器的安装简单和方便,同时对变压器的维修和生产都是非常的具有帮助。
在设计前进行合理的规划,让电压器可以有充足的空间和机能进行散热。
如果在设计开关电源变压器上全面的考虑到了以上这几点因素,那么这样的设计可以使开关电源变压器更加的安全,寿命更加的持久。
在设计开关电源变压器时材料的选择十分的重要,而在磁心的选择上就是开关电源变压器的重中之重,依据开关电源变压器的用途不同材料的选择也有所不同。
在我们的身边使用的最为广泛的磁心就是锰锌铁氧化磁心,在用于电源输入滤波器的部分也会使用到高导磁率磁心。
由于软磁铁氧体价格低廉、适应性能好、高频性能好等优势,在我们今天被广泛的使用。
这里确定芯片工作频率为70KHz,芯片的频率可以通过外部的RC来设定,工作频率就等于开关频率,这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源,也可以采取外同步功能。
与UC384X 功能相近,变压器磁芯为EER28/28L,一般AC2DC 的变换器,工作频率不宜设超过100kHz,主要是开关电源的频率过高以后,不利于系统的稳定性,更不利于EMC的通过性,频率太高,相应的di/dt dv/dt 都会增加,除PI 132kHz的工作频率之外,大家可以多参考其它家的芯片,就会总结自己的经验出来。
对于磁芯的选择,是在开关频率和功率的基础,更多的是经验选取。
当然计算的话,你需要得到更多的磁芯参数,包括磁材,居里温度,频率特性等等,这个是需要慢慢建立的。
20W ~ 40W 范围内EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以。
设计变压器进行计算上面计算了变压器的电感量,现在我们还需要得到相应的匝数才可以完成整个变压器的工作1)计算导通时间Ton周期时间T = Ton + Toff = 1/FswTon = T * DmaxFsw ,Dmax 都是已知量70kHz,0.45 代入上式可得Ton = 6.43us2)计算变压器初级匝数Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47T(这里的数是一定要取整的,而且是进位取整,我们变压器不可能只绕半圈或其它非整数圈)3)计算变压器12V 主输出的匝数输出电压(V o):12 Vdc整流管压降(Vd):0.7 Vdc绕组压降(Vs):0.5Vdc原边匝伏比(K) = Vi_min / Np= 120 Vdc / 47 T = 2.55输出匝数(Ns) = (输出电压(V o) +整流管压降(Vd) + 绕组压降(Vs)) / 原边匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T(已取整)4)计算变压器辅助绕组(aux turning)输出的匝数计算方法与12V主绕组输出一样因为ST VIPer53DIP 副边反馈需低于14.5Vdc,故选取12 Vdc 作为辅助电压;Na = 6 T到这一步,我们基本上就得出了变压器的主要参数原边绕组:47T 原边电感量:0.77mH 漏感《5%* 0.77mH = 39uH12V输出:6T辅助绕组:6T下一步我们只要将绕组的线径股数脚位耐压等安规方面的要求提出,就可以发给变压器厂去打样了至于气隙的计算,以及返回验证Dmax 这些都是一些教科书上的,不建议大家死搬硬套,自己灵活一些。
反激式开关电源变压器设计步骤及公式(4种计算方法比较)1.确定已知参数: (主要PWM方式)确定已知参数:(主要RCC方式)来自现代高频开关电源实用技术1,确定系统规格输出功率:输入功率: P୧=输入平均电流: Iୟ୴ൌሺౣሻ同左边占空比D୫ୟ୶=୲=0.5 f୫୧୬:25KHz输入直流电压Vୈେ=√2Vୟୡ在了解输出功率后确定所需磁芯A p=A e*A w(cm4)Ae:磁芯中心柱横截面积(cm2);A w:磁芯窗口面积(cm2)最小AC输入电压:V ACMIN,单位:V最大AC输入电压:V ACMAX,单位:V输入电压频率:f L,50Hz or 60Hz输出电压:V O,最大负载电流:I O输出功率:P O,单位:WIo:Po=Vo*Ioη:0.85P୧ൌP୭η2.峰值电流1T=10000G s输入峰值电流:Iൌכሺౣሻ对于BUCK(降压),推挽,全桥电路K=1.4对于半桥和正激K=2.8对于Boost,BUCK-Boost和反激K=5.5 I୮ൌ2כP୭כTηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>כଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cmସ) ;Ae是磁芯截面积(cm2),Aw是磁芯窗口面积(cm2);f的单位为Hz,Bm的单位为Gs,取(1500)不大于3000Gs,δ导线电流密度取:2~3A/mmଶ ,K୫窗口填充系数取0.2~0.4,Kc磁芯填充系数,对于铁氧体该值取1IୋൌP୧V୧୬୫୧୬IൌIୟ୴D୫ୟ୶כ2T୭୬ൌଵD୫ୟ୶(uint:µs)1S=106µsLൌౣכ୍ౌే(µH)3.计算初级电感因所以t୭୬ൌDכTൌଵଶכ若f取25KHz,则t୭୬为20μS选磁芯也可用公式Fosc<50KHz S=1.15*√Po(cmଶሻFosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻFosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻNPൌౌכ୍ౌేככ10L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2NsൌሺV୭Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶NaൌሺVୟVୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶L =ሺౣሻכୈ୍ౌేכ౩ౙ其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A匝比:n=ሺౣሻ=౩౦4. 计算初级匝数初级电感:L ୮ൌሺౣሻכ୲୍౦检验磁芯正规名牌磁性材料的Bm 不得大于3000Gs ,国产杂牌不大于2500Gs 更保险A 值是在磁芯上绕1000匝测得(美国)则N ൌ1000ටౌై此式中L 单位为mH变压器次级圈数:Ns>୬כ୍౦כ౦ୗכౣ*10其中S 为磁芯截面积,B୫值为3000Gs若A 值是用100匝测得且单位是nH/N ଶ,则N ൌ100ටౌై此式中L 单位为mH,A 单位为mH/N ଶ,在计算时要将A 的值由nH 转换为mH 后再代入式中计算;例如:某A 值为1300 nH/N ଶ, L 值为2.3mH,则A =1300nH/N ଶ=1.3 mH/N ଶ代入中计算得N 为133T 初级匝数为:Np=౩୬B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm2 )B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDK Ferrite Core PC40为例,100℃时的B(max)为3900 Gauss ,设计时应考虑零件误差,所以一般取3000~3500Gauss 之间,若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右,以避免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae 越高,所以可以5. 匝比n=౩ౌ=ሺౣሻ晶体管的基极电流I =୍౦୦ూు6. 次级绕组匝数N ୱ=N *n N ୱଵ=౦כሺାౚሻכሺଵିୈౣ౮ሻሺౣሻכୈౣ౮多路输出时N ୱ୶=ሺ౮ାౚ౮ሻכ౩భభାౚభ其中x 代表几路I ୰୫ୱൌI √27. 原边供电绕组N ୟ=N ୱכ在多路输出时Vo 为主输出电压计算线径(包括初级次级)同左边8. 选择磁芯型号要满足,磁芯中心柱截面积S=0.09*√Po (cm ଶሻ或满足公式A=A ୣכA ୵ൌכଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cm ସ ) ;Ae 是磁芯截面积(cm 2),Aw 是磁芯窗口面积(cm 2);f 的单位为Hz ,Bm 的单位为Gs ,取(1500)不大于3000Gs ,δ导线电流密度取:2~3A /mm ଶ ,K ୫窗口填充系数取0.2~0.4,Kc 磁芯填充系数,对于铁氧体该值取1做较大瓦数的 Power 。
单管正激式开关电源变压器设计设计一个单管正激式开关电源变压器的主要目标是将输入电压转换为所需的输出电压,并提供适当的电流输出。
这种类型的电源变压器由一个开关管、一个变压器、一个整流电路和一个滤波电路组成。
以下是一个设计单管正激式开关电源变压器的基本步骤:1.确定功率需求:首先,确定所需的输出功率,这将指导变压器的尺寸和开关管的容量选择。
输出功率通常以所需的输出电压和电流来计算,即P=V*I。
2.选择变压器参数:根据所需的输出功率和输入电压范围,选择适当的变压器参数。
变压器一般由工作频率、变比(输出电压与输入电压之比)和功率容量来定义。
变压器的变比可以通过变压器的匝数比来实现,即N2/N1,其中N2是次级(输出)匝数,N1是主级(输入)匝数。
3.选择开关管:选择能够承受所需输出功率的开关管。
开关管的选择与其导通电阻、封装、耐压和工作频率相关。
常用的开关管有晶体管和功率MOSFET。
4.设计整流电路:整流电路用于将开关管的高频交流输出转换为直流输出。
常见的整流电路包括单相桥式整流器和满桥式整流器。
整流电路的设计需要考虑所需的输出电压、电流和纹波功率因素。
5.设计滤波电路:滤波电路用于去除整流电路输出的高频纹波,并提供平滑的直流输出。
常见的滤波电路包括电容滤波器和电感滤波器。
滤波电路的设计需要考虑所需的输出电压纹波和效率。
6.进行模拟和数字仿真:使用计算机软件进行电路的模拟和数字仿真,以验证设计的正确性和性能。
7.制作原型并测试:根据设计的电路图和布局,制作原型并进行测试。
测试包括输出电压和电流的测量、纹波和效率的评估。
8.进行优化:根据测试结果进行设计的优化。
优化的目标包括提高效率、减小纹波和噪声,以及改进稳定性和可靠性。
上述步骤提供了一个基本的单管正激式开关电源变压器设计的框架。
具体的设计细节和参数将取决于所需的输出功率和输出电压等要求。
为了确保电路的稳定性和可靠性,建议在设计过程中仔细考虑电源的保护和故障检测机制。
一、正激式开关电源高频变压器:No待求参数项 详细公式1 副边电压Vs Vs = Vp*Ns/Np2 最大占空比θonmax θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax的概念是指:根据磁通复位原则,其在闭环控制下所能达到的最大占空比。
2、0.5是考虑输出整流二极管压降的调整值,以下同。
3 临界输出电感Lso Lso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θonmax2/(2*f*Po)1、由能量守恒:(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Lso]}dt = Po2、Ton=θon/f4 实际工作占空比θon 如果输出电感Ls≥Lso:θon=θonmax否则: θon=√{2*f*Ls*Po /[(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)]}1、由能量守恒:(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls]}dt = Po2、Ton=θon/f5 导通时间Ton Ton =θon /f6 最小副边电流Ismin Ismin = [Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θon2/(2*f*Ls)]/[(Vs-0.5)*θon]1、由能量守恒:(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls+Ismin]}dt = Po2、Ton=θon/f7 副边电流增量ΔIs ΔIs = (Vs-0.5-Vo)* Ton/ Ls8 副边电流峰值Ismax Ismax = Ismin+ΔIs9 副边有效电流Is Is = √[(Ismin2+ Ismin*ΔIs+ΔIs2/3)*θon]1、Is=√[(1/T)*∫0ton(Ismin+ΔIs*t/Ton)2dt]2、θon= Ton/T10 副边电流直流分量Isdc Isdc = (Ismin+ΔIs/2) *θon11 副边电流交流分量Isac Isac = √(Is2- Isdc2)12 副边绕组需用线径Ds Ds = 0.5*√Is电流密度取5A/mm213 原边励磁电流Ic Ic = Vp*Ton / Lp14 最小原边电流Ipmin Ipmin = Ismin*Ns/Np15 原边电流增量ΔIp ΔIp = (ΔIs* Ns/Np+Ic)/η16 原边电流峰值Ipmax Ipmax = Ipmin+ΔIp17 原边有效电流Ip Ip = √[(Ipmin2+ Ipmin*ΔIp+ΔIp2/3)*θon]1、Ip=√[(1/T)*∫0ton(Ipmin+ΔIp*t/Ton)2dt]2、θon= Ton/T18 原边电流直流分量Ipdc Ipdc = (Ipmin+ΔIp/2) *θon19 原边电流交流分量Ipac Ipac = √(Ip2- Ipdc2)20 原边绕组需用线径Dp Dp = 0.55*√Ip电流密度取4.2A/mm221 最大励磁释放圈数Np′ Np′=η*Np*(1-θon) /θon22 磁感应强度增量ΔB ΔB = Vp*θon / (Np*f*Sc)23 剩磁Br Br = 0.1T24 最大磁感应强度Bm Bm = ΔB+Br25标称磁芯材质损耗P Fe(100KHz 100℃ KW/m3)磁芯材质PC30:P Fe = 600磁芯材质PC40:P Fe = 45026 选用磁芯的损耗系数ωω= 1.08* P Fe / (0.22.4*1001.2)1.08为调节系数27 磁芯损耗Pc Pc = ω*Vc*(ΔB/2)2.4*f1.228 气隙导磁截面积Sg 方形中心柱:Sg= [(a+δ′/2)*( b+δ′/2)/(a*b)]*Sc 圆形中心柱:Sg= {π*(d/2+δ′/2)2/[π*(d/2)2]} *Sc29 有效磁芯气隙δ′ δ′=μo*(Np2*Sc/Lp-Sc/AL)1、根据磁路欧姆定律:H*l = I*Np 有空气隙时:Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np又有:H = B/μ Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得:ΔB*lc/μc +ΔB*δ/μo = Vp*Ton*Np /Lp 式中:lc为磁路长度,δ为空气隙长度,Np为初级圈数,Lp为初级电感量,ΔB为工作磁感应强度增量;μo为空气中的磁导率,其值为4π×10-7H/m;2、ΔB=Vp*Ton/Np*Sc3、μc为磁芯的磁导率,μc=μe*μo4、μe为闭合磁路(无气隙)的有效磁导率,μe的推导过程如下:由:Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/μc=Bc/μe*μo Ip=Vp*Ton/Lpo 得到:Bc*lc/(μe*μo)=Np*Vp*Ton/Lpo又根据:Bc=Vp*Ton/Np*Sc 代入上式化简 得:μe = Lpo*lc/μo*Np2*Sc5、Lpo为对应Np下闭合磁芯的电感量,其值为:Lpo = AL*Np26、将式步骤5代入4,4代入3,3、2 代入1得:Lp =Np2*Sc/(Sc/AL +δ/μo)30 实际磁芯气隙δ如果δ′/lc≤0.005: δ=δ′如果δ′/lc>0.03: δ=μo*Np2*Sc/Lp 否则 δ=δ′*Sg/Sc31 穿透直径ΔD ΔD = 132.2/√f32 开关管反压Uceo Uceo = √2 *Vinmax+√2 *Vinmax*Np/ Np′33 输出整流管反压Ud Ud = Vo+√2 *Vinmax*Ns/Np′34 副边续流二极管反压Ud′ Ud′=√2 *Vinmax*Ns/Np二、双端开关电源高频变压器设计步骤:No待求参数项 详细公式1 副边电压Vs 如果为半桥:Vs = Vp*Ns/(2*Np) 否则: Vs = Vp*Ns/Np2 最大占空比θonmax θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax的概念是指:根据磁通复位原则,其在闭环控制下所能达到的最大占空比。
开关电源变压器参数详细讲解开关电源变压器是一种用于开关电源电路中的变压器,其主要功能是通过变换输入电压的大小和输出电压的大小来实现对电源的调节和稳定。
下面将详细讲解开关电源变压器的参数。
1. 输入电压(Vin):开关电源变压器的输入电压是指供给变压器的电源电压。
在设计开关电源时,需要根据实际需求选择适当的输入电压,通常为220V或110V。
2. 输出电压(Vout):开关电源变压器的输出电压是指通过变压器转换后得到的电源输出电压。
输出电压的大小取决于变压器的绕组比例和输入电压的大小。
3. 额定电压(Vrated):开关电源变压器的额定电压是指其设计和制造时所能承受的最大电压。
超过额定电压的输入电压可能会导致变压器损坏或故障。
4. 额定功率(Prated):开关电源变压器的额定功率是指其设计和制造时所能承受的最大功率。
超过额定功率的负载可能会导致变压器过热或损坏。
5. 绝缘电阻(Rins):开关电源变压器的绝缘电阻是指变压器绕组之间的绝缘性能。
绝缘电阻越大,变压器的绝缘性能越好,能够有效防止漏电和电击等安全问题。
6. 频率(f):开关电源变压器的频率是指输入电源的频率。
在中国,标准的电源频率为50Hz,而在其他国家和地区可能有不同的标准频率。
7. 效率(η):开关电源变压器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
通常情况下,开关电源变压器的效率应尽可能高,以减少能量损耗和热量产生。
8. 温升(ΔT):开关电源变压器的温升是指变压器在工作过程中产生的温度上升。
温升过高可能会导致变压器过热,甚至损坏。
9. 绝缘等级:开关电源变压器的绝缘等级是指变压器的绝缘性能,常用的绝缘等级有F、H等级。
绝缘等级越高,变压器的绝缘性能越好,能够更好地保护变压器和使用者的安全。
10. 尺寸和重量:开关电源变压器的尺寸和重量是指变压器的外形尺寸和重量。
在设计和选择开关电源变压器时,需要考虑变压器的尺寸和重量是否适合安装和使用的场所。
几种开关电源变压器设计计算方法
开关电源变压器设计计算方法有多种,根据输入和输出电压、电流、效率等参数的不同,可以选择不同的设计方法。
下面介绍几种常见的开关电源变压器设计计算方法。
1.均压系数法:
均压系数法是一种常见的设计方法,适用于输出电压稳定、负载变化较小的情况。
计算步骤如下:
1)确定输入和输出电压、电流;
2)选择变压器的变压比和绕组匝数;
3)根据电流传输比,计算输入和输出绕组的截面积和电流;
4)根据磁通密度,计算变压器的磁芯截面积;
5)计算变压器的工作频率和磁通密度。
2.欧姆法:
欧姆法是一种比较精确的设计方法,适用于需求较高的应用场景。
计算步骤如下:
1)确定输入和输出电压、电流,以及允许的电压降;
2)根据欧姆定律和功率关系,计算输入和输出绕组的电阻;
3)根据电流传输比,计算输入和输出绕组的导线截面积;
4)根据磁通密度,计算变压器的磁芯截面积;
5)计算变压器的工作频率和磁通密度。
3.饱和系数法:
饱和系数法是一种适用于高频开关电源设计的方法,可以有效降低开
关电源的损耗和杂散辐射。
计算步骤如下:
1)确定输入和输出电压、电流,以及允许的饱和电流;
2)根据输入和输出电流计算变压器的有效电流;
3)根据输入电流和变压比,计算输入和输出绕组的有效导线截面积;
4)根据磁通密度,计算变压器的磁芯截面积;
5)计算变压器的工作频率和磁通密度。
以上是几种常见的开关电源变压器设计计算方法。
在实际设计中,还
需要考虑变压器的损耗、绝缘、温升等因素,并结合具体的应用要求进行
优化和调整。
RCC开关电源变压器设计方法及步骤
RCC(RINGING CHOKE CONVERTER)是一种非定频电源.在RCC 设
计中,一般先设定工作频率,如为50K,然后设定工作DUTY 在90V 入力,最大输
出时为0.5
假设设计一功率为12V/1A
1. 最大输出电流为定格电流的1.2~1.4 倍,取1.3 倍.
2. 出力电力Pout = Vout × Iout = 12V×1.3A = 15.6W
3. 入力电力Pin = Pout/∩=22.3W(RCC效率∩一般设在65%~75% , 取70%)
4. 入力平均电流Iin=Pin/Vdc(INmin)=22.3/85*1.2=0.22( Vin(DCmin) = Vac(Inmin)×1.2)
5. T=1/SwF=1/50K=20uS Ton=Toff=10uS
6. Ipk=Iin 入力平均电流*2/DUTY=0.22*2/0.5=0.88
7. 一次侧电感量Lp=Vin(DCmin)*Ton/Ipk=102*10/0.88=1159uH 取1160uH
8. 选择磁芯,根据磁芯规格,选择EI28. Ae=0.85CM 动作磁通=2000~2800
取2000(当然,这是很保守的作法)
9. Np=Ipk*Lp*K/Ae*▲Bm=(0.88*1160*100)/(0.85*2000)=60Ts
10. Ns=(Vout+Vf)*Np/Vin(DCmin)=7.6 取8Ts
11. 辅助电压取5V(晶体管) 如功率管使用MOSFET 则应设为11V
12. Vin(DCmin)/Np=Vb/Nb----Nb=2.94 取3Ts
故变压器的构造如下:
Lp=1160uH。
开关电源高频变压器设计步骤
步骤1确定开关电源的基本参数
1交流输入电压最小值u min
2交流输入电压最大值u max
3电网频率F l开关频率f
4输出电压V O(V):已知
5输出功率P O(W):已知
6电源效率η:一般取80%
7损耗分配系数Z:Z表示次级损耗与总损耗的比值,Z=0表示全部损耗发生在初级,Z=1表示发生在次级。
一般取Z=0.5
步骤2根据输出要求,选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB
步骤3根据u,P O值确定输入滤波电容C IN、直流输入电压最小值V Imin
1令整流桥的响应时间tc=3ms
2根据u,查处C IN值
3得到V imin
确定C IN,V Imin值
u(V)P O(W)比例系数(μF/W)C IN(μF)V Imin(V)
固定输
已知2~3(2~3)×P O≥90
入:100/115
步骤4根据u,确通用输入:85~265已知2~3(2~3)×P O≥90
定V OR、V B 固定输入:230±35已知1P O≥240
1根据u由表查出V OR、V B值
2
由V B 值来选择TVS
步骤5根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比
Dmax
V OR
Dmax= ×100% V OR +V Imin -V DS(ON)
1设定MOSFET 的导通电压V DS(ON)
2
应在u=umin 时确定Dmax 值,Dmax 随u 升高而减小
步骤6确定初级纹波电流I R 与初级峰值电流I P 的比值K RP ,K RP =I R /I P
u(V)
K RP
最小值(连续模式)最大值(不连续模式)
固定输入:100/1150.41通用输入:85~2650.441固定输入:230±35
0.6
1
步骤7确定初级波形的参数
①输入电流的平均值I AVG
P O
I A VG=
ηV Imin
②初级峰值电流I P
I A VG I P =
(1-0.5K RP )×Dmax
③初级脉动电流I R
u(V)
初级感应电压V OR (V)钳位二极管反向击穿电压V B (V)
固定输入:100/115
6090通用输入:85~265135200固定输入:230±35
135
200
④初级有效值电流I RMS
I RMS=I P√D max×(K RP2/3-K RP+1)
步骤8根据电子数据表和所需I P值选择TOPSwitch芯片
①考虑电流热效应会使25℃下定义的极限电流降低10%,所选芯片的极限电流最小值
I LIMIT(min)应满足:0.9I LIMIT(min)≥I P
步骤9和10计算芯片结温Tj
①按下式结算:
Tj=[I2RMS×R DS(ON)+1/2×C XT×(V Imax+V OR)2f]×Rθ+25℃
式中C XT是漏极电路结点的等效电容,即高频变压器初级绕组分布电容
②如果Tj>100℃,应选功率较大的芯片
步骤11验算I P IP=0.9I LIMIT(min)
1输入新的K RP且从最小值开始迭代,直到K RP=1
2检查I P值是否符合要求
3迭代K RP=1或I P=0.9I LIMIT(min)
步骤12计算高频变压器初级电感量L P,L P单位为μH
106P O Z(1-η)+ η
L P= ×
I2P×K RP(1-K RP/2)f η
步骤13选择变压器所使用的磁芯和骨架,查出以下参数:
1磁芯有效横截面积Sj(cm2),即有效磁通面积。
2磁芯的有效磁路长度l(cm)
3磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感AL(μH/匝2)
4骨架宽带b(mm)
步骤14为初级层数d和次级绕组匝数Ns赋值
1开始时取d=2(在整个迭代中使1≤d≤2)
2取Ns=1(100V/115V交流输入),或Ns=0.6(220V或宽范围交流输入)
3Ns=0.6×(V O+V F1)
4在使用公式计算时可能需要迭代
步骤15计算初级绕组匝数Np和反馈绕组匝数N F
1设定输出整流管正向压降V F1
2设定反馈电路整流管正向压降V F2
3计算N P
V OR
N P=N S×
V O+V F1
4计算N F
V FB+V F2
N F=N S×
V O+V F1
步骤16~步骤22设定最大磁通密度B M、初级绕组电流密度J、磁芯的气隙宽度δ,进行迭代。
1设置安全边距M,在230V交流输入或宽范围输入时M=3mm,在110V/115V交流输入时M=1.5mm。
使用三重绝缘线时M=0
2最大磁通密度B M=0.2~0.3T
100I P L P
B M=
N P S J
若B M>0.3T,需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数N P,使B M在0.2~0.3T范围之内。
如B M<0.2T,就应选择尺寸较小的磁芯或减小N P值。
3磁芯气隙宽度δ≥0.051mm
δ=40πS J(N P2/1000L P-1/1000A L)
要求δ≥0.051mm,若小于此值,需增大磁芯尺寸或增加N P值。
4初级绕组的电流密度J=(4~10)A/mm2
1980
J=
1.27πD2PM×(1000 /25.4)2
4I RMS
若J>10A/mm2,应选较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架,使J<10A/mm2。
若J<4A/mm2,宜选较细的导线和较小的磁芯骨架,使J>4A/mm2;也可适当增加NP 的匝数。
5确定初级绕组最小直径(裸线)D Pm(mm)
6确定初级绕组最大外径(带绝缘层)D PM(mm)
⑦根据初级层数d、骨架宽带b和安全边距M计算有效骨架宽带be(mm)
be=d(b-2M)
然后计算初级导线外径(带绝缘层)D PM:D PM=be/NP
步骤23确定次级参数I SP、I SRMS、I RI、D SM、D Sm
1次级峰值电流I SP(A)
I SP=I P×(N P/N S)
②次级有效值电流I SRMS(A)
I SRMS=I SP×√(1-D max)×(K2RP/3-K RP+1)
③输出滤波电容上的纹波电流I RI(A)
I RI=√I2SRMS-I2O
5次级导线最小直径(裸线)D Sm(mm)
D Sm=1.13√I SRMS/J
6次级导线最大外径(带绝缘层)D SM(mm)
b-2M
D SM=
N S
步骤24确定V(BR)S、V(BR)FB
1次级整流管最大反向峰值电压V(BR)S
V(BR)S=V O+V Imax×N S/N P
2反馈级整流管最大反向峰值电压V(BR)FB
V(BR)FB=VFB+V Imax×N F/N P
步骤25选择钳位二极管和阻塞二极管
步骤26选择输出整流管
步骤27利用步骤23得到的I RI,选择输出滤波电容C OUT
1滤波电容C OUT在105℃、100KHZ时的纹波电流应≥I RI
2要选择等效串连电阻r0很低的电解电容
3为减少大电流输出时的纹波电流I RI,可将几只滤波电容并联使用,以降低电容的r0值和等效电感L0
4C OUT的容量与最大输出电流I OM有关
步骤28~29当输出端的纹波电压超过规定值时,应再增加一级LC滤波器1滤波电感L=2.2~4.7μH。
当I OM<1A时可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠;大电流时应选用磁环绕制成的扼流圈。
2为减小L上的压降,宜选较大的滤波电感或增大线径。
通常L=3.3μH
3滤波电容C取120μF/35V,要求r0很小
步骤30选择反馈电路中的整流管
步骤31选择反馈滤波电容
反馈滤波电容应取0.1μF/50V陶瓷电容器
步骤32选择控制端电容及串连电阻
控制端电容一般取47μF/10V,采用普通电解电容即可。
与之相串连的电阻可选
6.2Ω、1/4W,在不连续模式下可省掉此电阻。
步骤33选定反馈电路
步骤34选择输入整流桥
①整流桥的反向击穿电压V BR≥1.25√2u max
3设输入有效值电流为I RMS,整流桥额定有效值电流为I BR,使I BR≥2I RMS。
计算I RMS
公式如下:
P O
I RMS=
ηu min cosθ
cosθ为开关电源功率因数,一般为0.5~0.7,可取cosθ=0.5
步骤35设计完毕
在所有的相关参数中,只有3个参数需要在设计过程中进行检查并核对是否在允许的范围之内。
它们是最大磁通密度BM(要求BM=0.2T~0.3T)、磁芯的气隙宽度δ(要求δ≥0.051mm)、初级电流密度J(规定J=4~10A/mm2)。
这3个参数在设计的每一步都要检查,确保其在允许的范围之内。