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  • 開關(guān)電源變壓器的計(jì)算方法
    開關(guān)電源變壓器的計(jì)算方法
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  •   發(fā)布日期: 2024-01-04  瀏覽次數(shù): 1,059

    本內(nèi)容詳細(xì)介紹了開關(guān)電源變壓器計(jì)算方法

    接下來(lái),小編為大家整理了開關(guān)電源變壓器相關(guān)的計(jì)算公式,趕緊收藏起來(lái)吧!

    1、確定系統(tǒng)規(guī)格

    最小AC輸入電壓:VACMIN,單位:伏特。

    最大AC輸入電壓:VACMAX,單位:伏特。

    輸入電壓頻率:fL,50Hz或者60Hz。

    輸出電壓:VO,單位:伏特。

    最大負(fù)載電流:IO,單位:安培。

    輸出功率:PO,單位:瓦特。

    電源效率:η,如無(wú)數(shù)據(jù)可供參考,則對(duì)于低電壓輸出(低于6V)應(yīng)用和高電壓輸出應(yīng)用,應(yīng)分別將η設(shè)定為0.75~0.79和0.8~0.89。

    計(jì)算最大輸入功率:PIN,單位:瓦特。

    pYYBAGIxbg6AISY_AAAFXiYVRl0678

    2、直流電壓范圍(VMIN、VMAX)

    最小直流輸入電壓VMIN

    poYBAGIxbg6ACnkoAAAO_uQ9KTk887

    其中,

    fL為輸入交流電壓頻率(50Hz/60Hz);

    tC為橋式整流大額導(dǎo)通時(shí)間,如無(wú)數(shù)據(jù)可供參考,則取3ms;

    所有單位分別為伏特、瓦特、赫茲、秒、法拉第。

    最大直流輸入電壓VMAX

    pYYBAGIxbg-AKXTBAAAGsz1_Yrw347

    3、相應(yīng)工作模式和定義電流波形參數(shù)KP

    poYBAGIxbhCAXELwAABjFWvLeio467

    圖2.2 電流波形與工作模式

    當(dāng)KP≤1,連續(xù)模式,如圖2.2a;

    pYYBAGIxbhCATVdGAAAE-e8l7xg182

    其中:IR為初級(jí)紋波電流,IP為初級(jí)峰值電流。

    當(dāng)KP≥1,非連續(xù)模式,如圖2.2b;

    poYBAGIxbhGAGhtYAAAF8pP8-ws143

    在連續(xù)模式設(shè)計(jì)中,寬電壓輸入時(shí),設(shè)定KP=0.4;230V單電壓或者115V倍壓整流輸入時(shí),設(shè)定KP=0.6。在非連續(xù)模式設(shè)計(jì)中,設(shè)定KP=1。

    4、確定反射的輸出電壓VOR和最大占空比DMAX

    反射電壓VOR設(shè)定在80V~110V。

    連續(xù)模式時(shí)計(jì)算DMAX:

    pYYBAGIxbhGAAF8IAAAJhoDFsmM295

    非連續(xù)模式時(shí)計(jì)算DMAX:

    poYBAGIxbhGAOlnCAAAKLYBuCFE118

    其中,設(shè)定CR5842外接功率MOSFET漏極和源極VDS=10V。

    5、用產(chǎn)品手冊(cè)選擇磁芯材料,確定ΔB大小

    選擇有磁芯材料應(yīng)該考慮高Bs,低損耗及高ui材料,還要結(jié)合成本考量;見意選項(xiàng)用PC40以上的材質(zhì)。為了防止出現(xiàn)瞬態(tài)飽和效應(yīng)以低ΔB設(shè)計(jì):

    pYYBAGIxbhKAM5XJAAALAoHeIzU925

    式中:ΔB為最大磁通密度擺幅,Bs為飽和磁通密度,Br為剩磁,BM為最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范圍之內(nèi),若BM>0.3T,需增加磁芯的橫截面積或增加初級(jí)匝數(shù)NP,范圍之內(nèi)。如BM<0.2T,就應(yīng)選擇尺寸較小的磁芯或減小初級(jí)匝數(shù)NP值。

    6、確定合適的磁芯

    實(shí)際上,磁芯的初始選擇肯定是很粗略的,因?yàn)樽兞刻嗔?。選擇合適磁芯的方法之一是查閱制造商提供的磁芯選擇指南。如果沒有可參考資料,可采用下面作為參考。

    poYBAGIxbhOAVfI-AAANDkcxUqg760

    傳遞功率:

    pYYBAGIxbhOAU0TgAAAHYx9nl5A057

    電流密度:

    poYBAGIxbhSAdDjbAAAIPzaHgKs871

    繞組系數(shù):

    pYYBAGIxbhSABnTwAAAHB30EBj4117

    式中,AP單位為mm4,Aw為窗口面積,Ae為磁芯的截面積,如圖2.3。ΔB為正常操作狀態(tài)下的最大磁通密度(單位:特拉斯(T))。為了防止磁芯因高溫而瞬間出現(xiàn)磁飽和,對(duì)于大多數(shù)功率鐵氧體磁芯的尺寸越大Ae越高,所做的功率就越大。

    poYBAGIxbhSAIGkUAAAL2UZO3n8721

    圖2.3:磁芯窗口面積和截面積

    7、估算DCM/CCM臨界電流IOB

    pYYBAGIxbhWALsLJAAAIFxf_67Y833

    8、計(jì)算初級(jí)繞組與次級(jí)繞組匝數(shù)比

    poYBAGIxbhWAbiHuAAASO5WlmWc152

    其中,NP和NS分別為初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)匝數(shù)。VO為輸出電壓,VF為二極管正向電壓:對(duì)超快速PN結(jié)二極管選取0.7V,肖特基二極管選取0.5V。VDCMIN為最小輸入直流電壓,DMAX為設(shè)置的最大占空比, VOR為反射電壓。

    9、計(jì)算DCM/CCM臨界時(shí)副邊峰值電流ΔISB:

    pYYBAGIxbhWAWh8iAAAHuVf99R0007

    10、計(jì)算CCM狀態(tài)下副邊峰值電流ΔISP:

    poYBAGIxbhaARAjxAAAJaxC7FKA076

    11、計(jì)算CCM狀態(tài)時(shí)原邊峰值電流ΔIPP:

    pYYBAGIxbhaAajZVAAAF8qdI63Q279

    12、計(jì)算副邊電感LS及原邊電感LP:

    poYBAGIxbheAWGHgAAANt5ZGPgE996

    由于此電感值為臨界電感,若需要電路工作于CCM則可增大此電感值,若需要工作于DCM則可適當(dāng)調(diào)小此電感值。

    13、確定原邊最小NP匝數(shù)與副邊NS匝數(shù):

    pYYBAGIxbheAJLKwAAAHlz3S8Jw704

    其中單位分別為特拉斯、安培、微亨、平方厘米,,如無(wú)參考數(shù)據(jù),則使用

    poYBAGIxbheANYSRAAAGPAL741A203

    以特拉斯(T)為單位。

    14、次級(jí)繞組和輔助繞組

    初級(jí)繞組與次級(jí)繞組匝數(shù)比:

    pYYBAGIxbhiACfaUAAAHkp8-kDA704

    其中,NP和NS分別為初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)匝數(shù)。VO為輸出電壓,VD為二極管正向電壓:對(duì)超快速PN結(jié)二極管選取0.7V,肖特基二極管選取0.5V。

    然后確定正確的NS,使得最終的NP不得小于NP,MIN。有的時(shí)候最終的NP比NP,MIN大得多,這就需要更換一個(gè)大的磁芯,或者在無(wú)法更換磁芯時(shí),則通過(guò)增加KP值來(lái)減小LP,這樣,最終的初級(jí)側(cè)匝數(shù)也會(huì)減小。

    輔助繞組匝數(shù)

    poYBAGIxbhiAXQ0jAAAIjQW2nPQ834

    其中,VDD為輔助繞組整流后的電壓,VDB為偏置繞組整流管正向電壓;

    考慮到系統(tǒng)在滿載和空載轉(zhuǎn)變瞬間,由于能量瞬間導(dǎo)致VDD下沖誤觸發(fā)UVLO,在系統(tǒng)允許的輸入電壓范圍內(nèi)且輸出為空載時(shí),建議VDD按13V來(lái)計(jì)算。

    確定磁芯氣隙長(zhǎng)度:

    pYYBAGIxbhmAGMmeAAAMPLlfqvo080

    其中,Lg單位為毫米,Ae單位為平方厘米,AL為無(wú)間隙情況下的AL值,單位為納亨/圈2,LP單位為微亨。

    通常不推薦對(duì)中心柱氣隙磁芯使用小于0.1 mm的值,因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致初級(jí)電感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的Lg值,請(qǐng)咨詢變壓器供應(yīng)商以獲得指導(dǎo)。

    15.根據(jù)有效值電流來(lái)確定每個(gè)繞組的導(dǎo)線直徑。

    當(dāng)導(dǎo)線很長(zhǎng)時(shí)(>1m),電流密度可以取5A/mm2。當(dāng)導(dǎo)線較短且匝數(shù)較少時(shí),6~10A/mm2的電流密度也是可取的。應(yīng)避免使用直徑大于1mm的導(dǎo)線,防止產(chǎn)生嚴(yán)重的渦流損耗并使繞線更加容易。對(duì)于大電流輸出,最好采用多股細(xì)線并繞的方式繞制,減小集膚效應(yīng)的影響。

    檢查一下磁芯的繞組窗口面積是否足以容納導(dǎo)線。所需的窗口面積由以下公式給出:

    poYBAGIxbhmAWs9PAAAF-Lj1ThA703

    式中,AC為實(shí)際的導(dǎo)體面積,KF為填充系數(shù)。填充系數(shù)通常為0.2~0.3。

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