反激開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)實(shí)例講解
發(fā)布時(shí)間:2025-03-12作者:admin點(diǎn)擊:147
1.確定電源規(guī)格
2.確定工作頻率和最大占空比
3.計(jì)算匝比(利用伏秒平衡原則)
此處插入解釋一下伏秒平衡,根源是磁通量平衡。該原則可以用來(lái)檢查MOS管耐壓是否夠。
4.計(jì)算初級(jí)線圈峰值電流
基于CCM模式計(jì)算的。ip1是開(kāi)關(guān)管要關(guān)閉時(shí)的峰值電流,ip2是開(kāi)關(guān)管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的起始電流。因?yàn)闀r(shí)CCM模式,所以,ip2不為0。若ip2=0,則可能是臨界和斷續(xù)模式。k是初級(jí)線圈紋波電流系數(shù),ip2 = k* ip1,設(shè)計(jì)者自行設(shè)定,一般取0.4。η是變壓器效率,可取值80-90%,設(shè)計(jì)者自定。這里只是初步估計(jì),全部設(shè)計(jì)完成后可用反推理論效率的。
一個(gè)周期輸入功率:1/2×(ip1+ip2)×Vin(min)×Ton(max)/T = Pin =Pout/η
因?yàn)镃CM模式下,電流波形和時(shí)間軸呈梯形,該公式可簡(jiǎn)單使用梯形面積公式 S=(上底+下底)*高/2 得到,也可以使用積分方法算出。
5.計(jì)算初級(jí)電感量
因?yàn)榉醇ぷ儔浩髟呉陂_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)磁能,然后關(guān)斷時(shí)磁能由副邊釋放出去。而線圈存儲(chǔ)能量的公式是W=1/2×i2×L,可以看出,能存儲(chǔ)多少能量與峰值電流的平方和電感量有線性關(guān)系。電感大,存儲(chǔ)能量多,工作頻率就得慢一些。相反,如果電感小,每次存儲(chǔ)的也少,工作頻率可以高很多。所以開(kāi)關(guān)電源工作頻率越高,則變壓器體積越小。初級(jí)電感量決定反激變壓器存儲(chǔ)能量多少,是定制變壓器的關(guān)鍵參數(shù)。
計(jì)算原邊電感量使用的電感的歐姆定律:電感兩端電壓V=電感量L×電流變化率di/dt,注意計(jì)算依舊是在最低輸入電壓和最大占空比條件下進(jìn)行的。因?yàn)殡娏魇蔷€性增大,所以,di/dt = (ip1-ip2)/Ton(max)
其中ip1-ip2即紋波電流,也叫Δi。
6.選擇變壓器鐵心(AP法)
AP法即磁芯窗口面積Aw*磁芯截面積Ae。
7.計(jì)算初級(jí)匝數(shù)、氣隙
使用的公式是單匝線圈的磁通量φ = B×Ae = Lp×(ip1-ip2)/Np,注意計(jì)算出來(lái)Np后,需要驗(yàn)證一下在最大峰值電流情況下,磁芯是否飽和了。
計(jì)算氣隙使用的電感的結(jié)構(gòu)公式。只要一個(gè)電感線圈的匝數(shù)N,介質(zhì)、截面積A、長(zhǎng)度l確定了 ,電感量L也固定了。這里計(jì)算變壓器的氣隙,使用該公式,其實(shí)是忽略了鐵芯長(zhǎng)度,因?yàn)殍F芯磁導(dǎo)率比空氣大很多,所以能量主要存儲(chǔ)在氣隙里,也就是說(shuō)主要是氣隙決定了電感量。這里已經(jīng)知道了原邊電感,根據(jù)公式可以求出變壓器氣隙。
8.計(jì)算次級(jí)匝數(shù)
9.重新核算占空比最大值和最小值
因?yàn)橛?jì)算出來(lái)的匝數(shù)四舍五入了,所以匝比會(huì)有一點(diǎn)變化,所以必須重新核實(shí)占空比。在最大輸入電壓時(shí),對(duì)應(yīng)最高占空比。在最高輸入電壓時(shí),對(duì)應(yīng)最低占空比。
10.重新核算初級(jí)峰值電流,計(jì)算電流有效值
峰值電流公式在前面已經(jīng)講過(guò)了,這里不再講。所謂有效值,是從有效功率角度考慮的,如果iac2×R=idc2×R,則iac就是交流有效值。也可以簡(jiǎn)寫成iac2=idc2,其中idc是直流。
有效值電流的公式ip(rms) = Dmax/3×(ip12+ip22+ip1×ip2)^1/2,是根據(jù)i2對(duì)t積分得到的,具體推導(dǎo)公式如下:
11.計(jì)算次級(jí)峰值電流和有效值電流