反激式开关电源变压器设计宝典

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时间:2018-12-08

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1、-反激式开关电源变压器的设计反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我设计变压器的方法。设计变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大

2、的输出功率。下面我就来算了一个输入85V到265V,输出5V,2A的电源,开关频率是100KHZ。第一步,选定原边感应电压VOR图一这个值是由自己来设定的,这个值就决定了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压,为了便于理解,我们从下面图一所示的例子谈起,慢慢的来。这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,下面分析一下一个工作周期的工作情况,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的电流:I升=VS*Ton/L这三项分别是原边

3、输入电压、开关开通时间和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的电流:I降=VOR*TOFF/L这三项分别是原边感应电压(即放电电压)、开关管关断时间和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流会回到原来的值,不可能会变,所以,有:VS*TON/L=VOR*TOFF/L即上升了的等于下降了的,懂吗?好懂吧!上式中可以用D来代替TON,用(1-D)来代替TOFF。移项可得:.---D=VOR/(VOR+VS)此即是最大占空比了。比如说我设计的这个变

4、压器,我选定感应电压为80V,VS为90V,则D=80/(80+90)=0.47第二步,确定原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示。这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值I,三是其峰值IP,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值,这个值是这样算的,电流平均值:=PO/(η*VS)因为输出功率除以效率就是输入功率,然后输入功率再除以输

5、入电压就是输入电流,这个就是平均值电流。下一步求电流峰值。△IMIPItiO图二为了求电流峰值我们还要设定一个参数,这个参数就是KRP,所谓KRP,就是指最大脉动电流△IM和峰值电流IP的比值(图二所示),KRP的取值范围在0和1之间。这个值很重要。已知了KRP,现在要解方程了,都会解方程吧,这是初一的应用题啊,我来解一下,已知这个波形一个周期的面积S=*1,这个波形的面积S等于:S=IM*KRP*D/2+IM*(1-KRP)*D,所以有电流平均值等于上式,解出来峰值电流:IM=/[(1-0.5KRP)*

6、D]。比如说我这个输出是10W,设定效率是0.8,则输入的平均电流就是:=10/0.8*90=0.138A,我设定KRP的值是0.6,而最大值:IM=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.下面球电流的有效值I.---,电流有效值和平均值是不一样的,有效值的定义还记得吗,就是说把这个电流加在一个电阻上,若是其发热和另处一个直流电流加在这个电阻上发热效果一样的话,那么这个电流的有效值就等于这个直流的电流值.所以这个电流的有效值不等于其平均值,一般比其

7、平均值要大.而且同样的平均值,可以对应很多个有效值,若是把KRP的值选得越大,有效值就会越大,有效值还和占空比D也有关系,总之.它这个电流波形的形状是息息相关的.我就直接给出有效值的电流公式,这个公式要用积分才能推得出来,我就不推了,只要大家区分开来有效值和平均值就可以了.I=IP如图一所示电路,电流有效值:I=0.419=0.20A.所以对应于相同的功率,也就是有相同的输入电流时,其有效值和这些参数是有关的,适当的调整参数,使有效值最小,发热也就最小,损耗小.这便优化了设计.第三步,选定变压器磁芯这个就

8、是凭经验了,如果你不会选,就估一个,计算就行了,若是不行,可以再换一个大一点的或是小一点的,不过有的资料上有如何根据功率去选磁芯的公式或是区线图,大家不妨也可以参考一下.我一般是凭经验来的.第四步,计算变压器的原边匝数原边使用的线径.计算原边匝数的时候,要选定一个磁芯的振幅B,即这个磁芯的磁感应强度的变化区间,因为加上方波电压后,这个磁感应强度是变化的,正是因为变化,所以其才有了变压的作用,NP=VS*TON/SJ*B这几个参

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