开关电源设计—变压器流程

2015-03-23 20:00:25来源: 互联网
 本系列文章从理论基础开始,由经验丰富的前工程师为大家讲解关于开关电源的设计,并对其中难点进行讲解,这个系列当中几乎包含了所有的常见拓扑电路,并且为采用自学方式的工程师量身打造,希望能够帮助大家走出迷茫,尽快迈上正轨。

  计算初级电感量

  K值就是上面说的电流连续比上面计算书定义的Ip2是电流上升前沿Ip1是电流上升后沿。所以当K=0的时候变压器是工作在临界模式以下的为防止计算出错一般习惯取0.001.

  断续模式Ip就是ΔI;

  得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得:

  Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI

  这时候就得到了变压器初级所需要的电感量。  选择合适的磁芯计算匝数

  关于磁芯的选择网上有关于Ap法的很多计算公式。其实在做项目的时候根本没用过一次Ap法。对于公司已有的相同功率等级的型号,可以直接参照别的型号的磁芯作为初始设计出发点。

  要是线绕不下,就抬高工作频率,骨架太空了,就选小一号的,一般经过几次迭代或者实验就出来了。对于完全全新的型号,是根据经验估算一个初始点,然后经过反复迭代得出结果的。其实对于一般的功率等级,向反激式这种拓扑,多大功率用多大磁芯,经验丰富一点的工程师都知道,可以向他们请教。

  选定了磁芯后,根据规格书得到对应的Ae值,然后就可以进行匝数计算。

  由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB

  对于断续模式ΔB=Bmax,

  对于连续模式

  ΔB=Bmax*(1-K)

  因为连续模式电流有一部分直流分量,对应Bmax也有一部分直流励磁。这个一定注意,连续模式要是直接用Bmax来计算匝数匝数就会算少所以很容易就会饱和了。

  有关Bmax的取值,对于常见的PC40/PC44材料,保证在最恶劣工作状态下,不要超过0.38。计算的时候,一般选取0.28-0.32之间,假如在极限条件下抓到饱和波形,可以抬高一点频率。

  上面公式是计算断续模式匝数的。

  ΔB=Bmax,

  对于连续模式,上面式子一定要修改为:

  ΔB=Bmax*(1-K)

  要不然计算出的匝数偏小,动态情况下很容易就饱和了。

  计算气隙长度

  公式推导比较简单的,具体的可以自行百度。安培环路定则还有做电源的俩最基本的公式消元法就OK了。

  上面做了近似,近似所有的磁场能量都储存在气隙里面,因为磁芯的磁导率很高,气隙的磁场强度是磁芯的几时到几百倍,所以,近似磁芯为磁路短路,磁回路长度近似为气隙长度。  计算次级匝数

  注意合理匝数取整。这个结合自己项目实际情况,取整后,变比会有所变化,Dmax也会有所变化,所以需要用取整后的参数进行核算Bmax。

  对取整以后的变压器参数进行反向核算

  因为对变压器进行了匝数取整变比也就成了一个确定值。Vinmin已知,变比n已知。

  上面的公式我不推导了还是利用伏秒积平衡原理。

  变压器初级电流我们在确定初级电感量的时候,是使用平均值反推出峰值,但是,由于变压器绕组主要损耗是线电阻损耗,电流在电阻负载上的功耗计算,需要有效值电流。反激式工作电流波有两种状态,断续模式与连续模式。

  两种波形有各自的有效值电流计算公式

  我只是很久以前推到过赵修科老师书上有自己可以去参考一下

 

  上图是断续模式的计算公式

  计算次级电流有效值

  反激式初级次级工作电流是对应的,初级连续,次级也是连续,初级断续,次级也是断续的,因为初次级共用的是同一个磁芯。

  上面是次级电流有效值的计算,断续模式的,并且加入了次级电流连续或者断续的判断,(判断这一步其实没有必要,因为变压器初级连续,次级也连续,初级断续,次级也断续。)

  计算线径

  电流密度呢,一般都选取6A/mm^2。

  一定要注意趋肤效应,最小占空比越小,频率越高,趋肤效应越严重。特别是前级带有PFC的反激式电源。因为考虑到成本,尽量使用600V的Mos管,所以占空比非常小,也就0.15左右,这时候,变压器初级一定要使用多股线,用单根线的话,需要取更小的电流密度。

  对于一定的电流,需要的导线截面积是一定的,在实际选取线径的时候,要结合实际所选的骨架几何尺寸,做合适的组合,尽量不要散绕,对于某一层绕组,单根线太散的话,可以选取两根或者几根细线进行并饶,只要绕组的总截面积在计算值左右就好。

  至此,与反激式变压器相关的设计流程也就讲解完毕了。

关键字:开关电源设计  变压器流程

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2015/0323/article_25956.html
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