案例分享:小功率開關電源變壓器的設計
發布時間:2015-11-13 責任編輯:echolady
【導讀】小功率開關電源變壓器zaijinjiniandefazhanzhong,chengweigengfuheminyongdedianyuanbianyaqi。benwenjiufenxiangleyigexiaogonglvkaiguandianyuanbianyaqideshejiyuzhizuoguocheng,yigongdajiacankaojiejian。benwenjieshaodeshiyigeminyongdeshuru85~265V、輸出5V,2A,開關頻率是100kHz的小功率開關電源。
電源變壓器的係統電路圖如下圖所示。

小功率開關電源變壓器係統電路圖
在了解了這種小功率的開關電源變壓器係統電路設置後,首先要做的就是選定原邊感應電壓VOR,原邊感應電壓值直接決定了電源的占空比。當變壓器的開關管開通的時候,有公式I=Vs*Ton/L,其中參數Vs為原邊輸入電壓,參數ton為開關開通時間,L為原邊電感量。而在開關管關斷的時候,有公式I=VOR*Toff/L,其中參數VOR為原邊感應電壓,即放電電壓,Toff為開關管關斷時間,L為電感量。經過一個周期後,原邊電感電流的值會回到原來的數值,因此該公式變為:VS*TON/L=VOR×TOFF/L,D來代替TON,用1-D來代替Toff,移項可得D=VOR/(VOR+VS),此即是最大占空比了。則在該係統電路的實例中,該公式為D=80/(*80+90)=0.47。
接jie下xia來lai的de工gong作zuo,是shi確que定ding這zhe種zhong開kai關guan電dian源yuan變bian壓ya器qi的de原yuan邊bian電dian流liu波bo形xing的de參can數shu。原yuan邊bian電dian流liu波bo形xing的de計ji算suan也ye同tong樣yang是shi需xu要yao利li用yong公gong式shi完wan成cheng的de,此ci時shi代dai入ru公gong式shi,即ji峰feng值zhi電dian流liu*KRP*D+峰值電流*(1-KRP)×D,所以有電流平均值等於上式,解出來峰值電流=電流平均值/(1-0.5KRP)×D。比如說我這個輸出是10W,設定效率是0.8,則輸入的平均電流就是10/0.8×90=0.138A,設定KRP的值是0.6,而最大值=0.138/(1-0.5KRP)D=0.138/(1-0.5×0.6)×0.47=0.419A。在完成了原邊電流波形的計算之後,接下來就是設計變壓器準備工作。已知了開關頻率是100kHz,則開關周期就是10us,占空比是0.47,那麼TON就是4.7us。選定變壓器磁芯,這個可以根據相應的公式查表計算,此處簡略。
zaiwanchenglekaiguandianyuanbianyaqideyuanbianganyingdianyahedianliuboxingjisuanhou,womenjiuyaojinruzhenggeshejizuiguanjiandeyibu,yejiushijisuanbianyaqideyuanbianzashu。yuanbianshiyongdejingjingshikeyiliyonggongshijisuanchulaide,gaigongshiweiNP=VS*TON/SJ*B,這幾個參數分別是原邊匝數、最小輸入電壓、導通時間、磁芯的橫節麵積和磁芯振幅一般取B的值是0.1~0.2之間,取得越小變壓器的鐵損就越小,但相應變壓器的體積會大些,NP=90×4.7us/32mm2×0.15,得到88匝0.15shixuanqudezhi,zaijisuanchuzashuzhihouzaiquedingxianjing,yibanlaishuodianliuyueda,xianyuere。xuyaodexianjingyouyouxiaozhilaiqueding,erbushipingjunzhi。yijingsuandeleyouxiaozhi,suoyijiexialaiyaozuodeshixuanxian,xuanyong0.25的線就可以了,用0.25的線,其麵積是0.049mm2,電流是0.2A,所以其電流密度是4.08,一般選定電流密度是4~10A/mm2。
在確定了小功率的開關電源變壓器繞組匝數之後,接下來就需要依次來確定電壓變壓器的次級繞組參數、圈數和線徑。通常情況下,原邊感應電壓就是一個放電電壓,原邊就是以這個電壓放電給副邊的,如上圖所示,因為副邊輸出電太為5V,加上肖特基管的壓降,就有5.6V,原邊以80V的電壓放電,副邊以5.6V的電壓放電,遵守變壓器匝數和電壓成正比的規律,所以副邊電壓的計算公式為NS×(UO+UF)/VOR,其中,參數UF為肖特基管壓降,副邊匝數等於88×5.6/80,為6.16,整取6匝,再算副邊的線徑。接下來的工作就是確定反饋繞組的參數,反饋是反激的電壓,其電壓是取自輸出級的,所以反饋電壓是穩定的,TOP的電源電壓是5.7~9V,繞上7匝,那麼其電壓大概是6V。最後一步是確定電壓變壓器的電感量,根據計算公式I=VS*TON/L,I為峰值電流*KRP,所以L=VS*TON/峰值電流*KRP。
這(zhe)種(zhong)小(xiao)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)和(he)製(zhi)作(zuo)的(de)最(zui)後(hou)一(yi)步(bu),就(jiu)是(shi)對(dui)已(yi)經(jing)製(zhi)作(zuo)完(wan)成(cheng)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)成(cheng)品(pin)進(jin)行(xing)驗(yan)證(zheng),也(ye)就(jiu)是(shi)驗(yan)證(zheng)一(yi)下(xia)最(zui)大(da)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)是(shi)不(bu)是(shi)超(chao)過(guo)了(le)磁(ci)芯(xin)的(de)允(yun)許(xu)值(zhi),這(zhe)裏(li)有(you)公(gong)式(shi)BMAX=L*IP/SJ*NP。在該公式中,這個五個參數分別表示磁通最大值、原邊電感值、峰值電流、原邊匝數,這個公式是從電感量L的概念公式推過來的,因為L=磁鏈/流liu過guo電dian感gan線xian圈quan的de電dian流liu,磁ci鏈lian等deng於yu磁ci通tong乘cheng以yi其qi匝za數shu,而er磁ci通tong就jiu是shi磁ci感gan應ying強qiang度du乘cheng以yi其qi截jie麵mian積ji,分fen別bie代dai入ru到dao上shang式shi,即ji當dang原yuan邊bian線xian圈quan流liu過guo峰feng值zhi電dian流liu時shi,此ci時shi磁ci芯xin達da到dao最zui大da磁ci感gan應ying強qiang度du。這zhe個ge磁ci感gan應ying強qiang度du就jiu用yong以yi上shang公gong式shi計ji算suanBMAX的值一般一要超過0.3T,若是好的磁芯,可以大一些,若是超過了這個值,就可以增加原邊匝數,或是換大的磁芯來調。
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