資深工程師分享開關電源設計經驗
發布時間:2015-02-28 責任編輯:xueqi
【導讀】benwenzishengongchengshijiangjieguanyukaiguandianyuandesheji,conglilunjichukaishi,bingduiqizhongnandianjinxingjiangjie。wenzhongjihubaohanlesuoyoudechangjiantuopudianlu,bingqieweicaiyongzixuefangshidegongchengshiliangshendazao,xiwangnenggoubangzhudajiazouchumimang,jinkuaimaishangzhenggui。
計算初級電感量
K值就是上麵說的電流連續比上麵計算書定義的Ip2是電流上升前沿Ip1是電流上升後沿。所以當K=0的時候變壓器是工作在臨界模式以下的為防止計算出錯一般習慣取0.001.
斷續模式Ip就是ΔI;
得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得:
Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI
這時候就得到了變壓器初級所需要的電感量。
選擇合適的磁芯計算匝數
關於磁芯的選擇網上有關於Ap法的很多計算公式。其實在做項目的時候根本沒用過一次Ap法。對於公司已有的相同功率等級的型號,可以直接參照別的型號的磁芯作為初始設計出發點。
要(yao)是(shi)線(xian)繞(rao)不(bu)下(xia),就(jiu)抬(tai)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv),骨(gu)架(jia)太(tai)空(kong)了(le),就(jiu)選(xuan)小(xiao)一(yi)號(hao)的(de),一(yi)般(ban)經(jing)過(guo)幾(ji)次(ci)迭(die)代(dai)或(huo)者(zhe)實(shi)驗(yan)就(jiu)出(chu)來(lai)了(le)。對(dui)於(yu)完(wan)全(quan)全(quan)新(xin)的(de)型(xing)號(hao),是(shi)根(gen)據(ju)經(jing)驗(yan)估(gu)算(suan)一(yi)個(ge)初(chu)始(shi)點(dian),然(ran)後(hou)經(jing)過(guo)反(fan)複(fu)迭(die)代(dai)得(de)出(chu)結(jie)果(guo)的(de)。其(qi)實(shi)對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)的(de)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji),向(xiang)反(fan)激(ji)式(shi)這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu),多(duo)大(da)功(gong)率(lv)用(yong)多(duo)大(da)磁(ci)芯(xin),經(jing)驗(yan)豐(feng)富(fu)一(yi)點(dian)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)都(dou)知(zhi)道(dao),可(ke)以(yi)向(xiang)他(ta)們(men)請(qing)教(jiao)。
選定了磁芯後,根據規格書得到對應的Ae值,然後就可以進行匝數計算。
由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB
對於斷續模式ΔB=Bmax,
對於連續模式
ΔB=Bmax*(1-K)
因為連續模式電流有一部分直流分量,對應Bmax也有一部分直流勵磁。這個一定注意,連續模式要是直接用Bmax來計算匝數匝數就會算少所以很容易就會飽和了。
有關Bmax的取值,對於常見的PC40/PC44材料,保證在最惡劣工作狀態下,不要超過0.38。計算的時候,一般選取0.28-0.32之間,假如在極限條件下抓到飽和波形,可以抬高一點頻率。
上麵公式是計算斷續模式匝數的。
ΔB=Bmax,
對於連續模式,上麵式子一定要修改為:
ΔB=Bmax*(1-K)
要不然計算出的匝數偏小,動態情況下很容易就飽和了。
計算氣隙長度

公式推導比較簡單的,具體的可以自行百度。安培環路定則還有做電源的倆最基本的公式消元法就OK了。
上(shang)麵(mian)做(zuo)了(le)近(jin)似(si),近(jin)似(si)所(suo)有(you)的(de)磁(ci)場(chang)能(neng)量(liang)都(dou)儲(chu)存(cun)在(zai)氣(qi)隙(xi)裏(li)麵(mian),因(yin)為(wei)磁(ci)芯(xin)的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)很(hen)高(gao),氣(qi)隙(xi)的(de)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)是(shi)磁(ci)芯(xin)的(de)幾(ji)時(shi)到(dao)幾(ji)百(bai)倍(bei),所(suo)以(yi),近(jin)似(si)磁(ci)芯(xin)為(wei)磁(ci)路(lu)短(duan)路(lu),磁(ci)回(hui)路(lu)長(chang)度(du)近(jin)似(si)為(wei)氣(qi)隙(xi)長(chang)度(du)。
計算次級匝數
注意合理匝數取整。這個結合自己項目實際情況,取整後,變比會有所變化,Dmax也會有所變化,所以需要用取整後的參數進行核算Bmax。


對取整以後的變壓器參數進行反向核算
因為對變壓器進行了匝數取整變比也就成了一個確定值。Vinmin已知,變比n已知。
上麵的公式我不推導了還是利用伏秒積平衡原理。
變bian壓ya器qi初chu級ji電dian流liu我wo們men在zai確que定ding初chu級ji電dian感gan量liang的de時shi候hou,是shi使shi用yong平ping均jun值zhi反fan推tui出chu峰feng值zhi,但dan是shi,由you於yu變bian壓ya器qi繞rao組zu主zhu要yao損sun耗hao是shi線xian電dian阻zu損sun耗hao,電dian流liu在zai電dian阻zu負fu載zai上shang的de功gong耗hao計ji算suan,需xu要yao有you效xiao值zhi電dian流liu。反fan激ji式shi工gong作zuo電dian流liu波bo有you兩liang種zhong狀zhuang態tai,斷duan續xu模mo式shi與yu連lian續xu模mo式shi。

兩種波形有各自的有效值電流計算公式
我隻是很久以前推到過趙修科老師書上有自己可以去參考一下

上圖是斷續模式的計算公式
計算次級電流有效值
反激式初級次級工作電流是對應的,初級連續,次級也是連續,初級斷續,次級也是斷續的,因為初次級共用的是同一個磁芯。

上麵是次級電流有效值的計算,斷續模式的,並且加入了次級電流連續或者斷續的判斷,(判斷這一步其實沒有必要,因為變壓器初級連續,次級也連續,初級斷續,次級也斷續。)
計算線徑
電流密度呢,一般都選取6A/mm^2。
一定要注意趨膚效應,最小占空比越小,頻率越高,趨膚效應越嚴重。特別是前級帶有PFC的反激式電源。因為考慮到成本,盡量使用600V的Mos管,所以占空比非常小,也就0.15左右,這時候,變壓器初級一定要使用多股線,用單根線的話,需要取更小的電流密度。

對(dui)於(yu)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)流(liu),需(xu)要(yao)的(de)導(dao)線(xian)截(jie)麵(mian)積(ji)是(shi)一(yi)定(ding)的(de),在(zai)實(shi)際(ji)選(xuan)取(qu)線(xian)徑(jing)的(de)時(shi)候(hou),要(yao)結(jie)合(he)實(shi)際(ji)所(suo)選(xuan)的(de)骨(gu)架(jia)幾(ji)何(he)尺(chi)寸(cun),做(zuo)合(he)適(shi)的(de)組(zu)合(he),盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)散(san)繞(rao),對(dui)於(yu)某(mou)一(yi)層(ceng)繞(rao)組(zu),單(dan)根(gen)線(xian)太(tai)散(san)的(de)話(hua),可(ke)以(yi)選(xuan)取(qu)兩(liang)根(gen)或(huo)者(zhe)幾(ji)根(gen)細(xi)線(xian)進(jin)行(xing)並(bing)饒(rao),隻(zhi)要(yao)繞(rao)組(zu)的(de)總(zong)截(jie)麵(mian)積(ji)在(zai)計(ji)算(suan)值(zhi)左(zuo)右(you)就(jiu)好(hao)。
至此,與反激式變壓器相關的設計流程也就講解完畢了。
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