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开关变压器的设计之理论计算
2017-04-22 13:45:17  叶全林- 阅读:116  关键词:设计 理论计算 开关变压器
下面我们以输出功率为5瓦以下的开关电源为例,讲解一下开关电源变压器的设计。

1 电气要求

  1.  输入电压:AC 90-264V/50-60HZ
  2.  输出电压:5±0.2 V
  3.  输出电流:1A

2 设计流程介绍
2.1 线路图如下
  
     说明:
W1,W3是做屏蔽用的,对EMI有作用;
Np是初级线圈(主线圈);
Nb是辅助线圈;
Ns次级线圈(二次侧圈数)。

2.2 变压器计算:
2.2.1 变压器的参数说明:
依据变压器计算公式  
 
? B(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,以浙江东磁公司的DMR40为例,100℃时的B(max)为4000 Gauss,设计时应考虑零件误差,所以一般取3000~3600 Gauss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,所以可以做较大瓦数的Power。
2.2.2 决定占空比:
由以下公式可决定占空比 ,占空比的设计一般以50%为基准,占空比若超过50%易导致振荡的发生。 
 
? NS = 二次侧圈数
? NP = 一次侧圈数
? Vo = 输出电压
? VD= 二极管顺向电压
? Vin(min) = 滤波电容上的最小电压值
? D =占空比
2.2.3 决定Pout,Ip,Lp,Nps,Np,Ns值:
Pout=V2 x Iout x 120%
V2=Vout + Vd + Vt
  
因为I1p是峰峰值,如下图:
 
所以   
    Lp=  
  简化后
   Lp=  
    Nps= 
  
? Ip = 一次侧峰值电流
? I1p = 一次侧尖峰电流值
? Pout = 输出瓦数
? Vd=开关二级关的正向压降一般为0.55V
? Vt=输出滤波线圈的压降,一般取0.2V
?  开关变压器的转换效率
?  PWM震荡频率
? Nps次级与初级的匝比
? Np初级线圈圈数,Ns次级线圈圈数
2.2.4 决定变压器线径及线数:
当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温升记录为准。

2.2.5 决定辅助电源的圈数:
依据变压器的圈比关系,可决定辅助电源的圈数及电压。
2.2.6 变压器计算:
? 输出瓦数10W(5V/2A),Core = EE-19,可绕面积(槽宽)=57mm,Margin Tape = 2.8mm(每边),剩余可绕面积=4.4mm,Ae=52
? 假设fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V, =0.7,
? 计算式:
? 决定占空比:
                          假定D=0.48,f=45k
? 计算Pout,Ip,Lp值:
          V2=Vout + Vd + Vt
            =5+0.55+0.2=5.75
Pout=V2 x Iout x 120%
              =5.75 x 2 x 1.2 =13.8W
   
         = =0.69A
            
            = 0.69/2.4=0.30A
      Lp=  
         =  =1.6mH
     Nps=    
         =5.75/100=0.058
       
        = =4.1取5圈
     Np=5/0.058=88圈
   辅助线圈电压为10V,则权数为
       Nw4=10/100 x 88=9圈
? 变压器材质及尺寸:
? 由以上假设可知材质MBR40,尺寸=EE-19,Ae=0.52cm2,可绕面积(槽宽)=12mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩余可绕面积9.2mm.

? 决定变压器的线径及线数:
 =0.69A
            = 0.69/2.4=0.30A
? 假设NP使用0.32ψ的线
电流密度=
可绕圈数=
? 假设Secondary使用0.35ψ的线
电流密度=
? 假设使用4P,则
电流密度=  
 可绕圈数=  
    
2.2.7 设计验证
将所得资料代入  〈 0.3T公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整。
 
     =1.6 x 0.69/(88 x 52)  x 100
     =0.28T<0.3T设计通过


原文网址:
http://www1.upweb.net/peradmin/htmlfile/yequanlin/201704221345179515111.htm
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