反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、變壓器的設(shè)計步驟和計算公式：

1.1變壓器的技術(shù)要求:

輸入電壓范圍；

輸出電壓和電流值；

輸出電壓精度；

效率η；

磁芯型號；

工作頻率f；

最大導通占空比Dmax；

最大工作磁通密度Bmax;

其它要求。

1.2估算輸入功率，輸出電壓，輸入電流和峰值電流:

1）估算總的輸出功率：Po=V01xI01+V02xI02……

2）估算輸入功率：Pin=Po/η

3）計算最小和最大輸入電流電壓

Vin(MIN)=ACMINx1.414(DCV)

Vin(MAX)=ACMAXx1.414(DCV)

第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4）計算最小和最大輸入電流電流

Iin(MIN)=PINxVIN

(MAX)

Iin(MAX)=PINxVIN

(MIN)

5）估算峰值電流：

KPOUT

IPK=

VIN

(MIN)

其中：K=1.4(Buck、推挽和全橋電路）

K=2.8(半橋和正激電路）

K=5.5(Boost，Buck-Boost和反激電路）

第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.3確定磁芯尺寸

確定磁芯尺寸有兩種形式，第一種按制造廠提供的圖表，按各種磁芯可傳遞的能量來選擇磁芯，例如下表：

表一輸出功率與大致的磁芯尺寸的關(guān)系

輸出功率/WMPP環(huán)形E-E、E-L等磁芯

磁芯直徑/（in/mm)(每邊)/(in/mm)

<50.65(16)0.5(11)

<250.80(20)1.1(30)

<501.1(30)1.4(35)

<1001.5(38)1.8(47)

<2502.0(51)2.4(60)

第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

第二種是計算方式，首先假定變壓器是單繞組，每增加一個繞組并考慮安規(guī)要求，就需增加繞組面積和磁芯尺寸，用“窗口利用因數(shù)”來修整。單繞組電感磁芯尺寸按下式計算：

0.68Poutdwx105

Ap=AwAe=

Bmaxf

式中：

dw------一次繞組導線截面積，單位為：cm2；

Bmax----最大工作磁通密度，單位為T；

f-------工作頻率，單位為Hz;

Pout----變壓器總輸出功率，單位為W。

窗口利用因數(shù)按下表計算。第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

表二變壓器窗口利用因數(shù)

變壓器情況窗口

反激式變壓器1.1

一個二次繞組1.2

兩個或多個二次繞組1.3

相互隔離的二次繞組1.4

滿足UL或CSA標準1.1

滿足IEC標準1.2

法拉第屏屏蔽1.1

用下式按變壓器情況將各窗口利用因數(shù)綜合起來

Knet=Ka.Kb…

最后以下式可以估算出變壓器磁芯尺寸

A’p=Knet.Ap

按照上計算A’P值,加一定裕度,選取相適應(yīng)的磁芯.第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4計算一次電感最小值Lpri

Vin(min).Dmax

Lpri

=(H)

Ipkf

式中：f單位為Hz

1.5計算磁芯氣隙Lgap

0.4πLpriIpk.108

Lgap=

cm2

AeB2max

其中：Ae=磁芯有效截面積，單位為cm2

Bmax=單位為G；

Lpri=單位為H。

按照計算的氣隙量實測出磁芯的AL值。第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6計算一次繞組所需的最大匝數(shù)Npri

Lpri

Npri

=

AL

1.7計算二次主繞組（輸出功率最大的繞組）所需匝數(shù)Ns1

Npri(V01+VD1)(1-Dmax)

NS1=

(匝)

Vin(min)Dmax

1.8計算二次其它繞組所需匝數(shù)Nsn

(Von+VDn)Ns1

Nsn=

(匝)

V01+VD1

第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.9檢查相應(yīng)輸出端的電壓誤差

Vsn

δVsn%=((

=N’sn-Vsn)/Vsn)x100%

Nsn

式中：

δVsn%————

相應(yīng)輸出電壓精度%;

Vsn————

相應(yīng)輸出電壓值；

Nsn————

計算的相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)；

N’sn————

選取的整數(shù)相應(yīng)輸出電壓匝數(shù)。

如果輸出電壓不能滿足規(guī)定的精度，可以將主輸出繞組Ns1增加一匝，再計算相應(yīng)輸出繞組匝數(shù)，看能否滿足相應(yīng)精度，如果這樣修改結(jié)果仍不滿足要求，只可回到開始階段，增加一次繞組匝數(shù)，重新計算一次繞組匝數(shù),直到滿足要求為止，但是增加一次繞組匝數(shù)，會使變壓器工作磁通密度向小的方向調(diào)整,這可能造成在較低輸入電壓時,輸出無法達到額定的電壓,所以在變壓器設(shè)計時要適當?shù)奶幚砗幂敵鲭妷壕群皖~定輸出電壓值的關(guān)系.第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.10計算和選取繞組導線線徑

繞組導線線徑按下式計算

dwn=

1.13In(mm)

J

式中：dwm————

相應(yīng)繞組線徑，單位為mm;

In————

相應(yīng)繞組額定電流，單位為A；

J

————

電流密度，單位為A/mm2,一般取3-10A/mm2

選取各繞組線徑后，按下式計算在開關(guān)工作頻率時導線的趨膚深度，如果導線線徑超過趨膚深度，應(yīng)選用導線截面積相近的多股線繞制。

66.1

S=(mm)

f

式中：S————

導線趨膚深度，單位為:mm;

f————

開關(guān)工作頻率，單位為Hz.

第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.11計算變壓器銅損

1）按照選取的磁芯，估算出變壓器平均繞組長度MLT。

例如對EE型磁芯MLT估算方法如下：

MLT=E+D+（E-D）+2C=2E+2C

其它型號磁芯估算MLT可依此方法類推。

2）按下試計算各繞組銅損

Pcun=(Nn*MLT*Rn)In2

式中：Pcun——

第n繞組銅損，單位為瓦

Nn——

第n繞組匝數(shù)，單位為匝

MLT——

平均繞組長度，單位為m

Rn——

第n繞組導線每米長電阻，單位為Ω；

In2

——

第n繞組額定電流，單位為A；

n——

繞組序號，n=1,2,3……第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

3）按下式計算變壓器銅損

Pcu=Σpcun

1.12計算變壓器鐵損Pc

變壓器鐵損可根據(jù)選取的磁芯型號、材質(zhì)、按照變壓器工作頻率和磁通密度從磁芯手冊中查得.

1.13驗證變壓器損耗是否符合設(shè)計要求

根據(jù)變壓器規(guī)定的效率η按下式計算變壓器的損耗值:

PT=Pin-PO=PO/η-PO

若PT≥（Pcu+Pc),變壓器設(shè)計合格，如果計算的（Pcu+Pc)值大于PT值，這時就要依情況調(diào)整繞組導線線徑或改變磁芯尺寸或材質(zhì)，以滿足變壓器的損耗符合要求。

第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.設(shè)計例

2.1變壓器技術(shù)指標

輸入電壓：AC90—240V，50/60Hz

輸出：DC+5V，額定電流1A，最小電流0.75A

DC+12V,額定電流1A，最小電流100mA

DC-12V,額定電流1A，最小電流100mA

DC+24V,額定電流1A，最小電流0.25A

DC+12V,偏置電流100mA

輸出電壓精度：+5V，+12V：最大+/-5%

+24V：最大+/-10%

效率：η=80%

工作頻率：50KHz

工作磁通密度：Bmax=2000G

安規(guī)：VDE

第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.2估算輸入功率、輸入電壓、輸入電流和峰值電流

1）輸出功率：Po=5V*1A+2*12V*1A+24V*1.5A=65W

2)輸入功率：Pin=Po/η=65W/0.8=81.25W

3)最低輸入電壓：Vin(min)=AC90V*1.414=DC127V

4)最高輸入電壓：Vin(max)=AC240V*1.414=DC340V

5)最大平均輸入電流：

Iin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64A

6)最小平均輸入電流：

Iin(min)=Pin/Vin(max)=81.25WDC340V=DC0.24A

7)峰值電流：Ipk=5.5Po/Vin(min)=5.5*65W/127V=2.81A

2.3確定磁芯型號尺寸

按照表1，65W可選用每邊約35mm的EE35/35/10材料為PC30磁芯

磁芯Ae=100mm2,Acw=188mm2,W=40.6g

2.4計算一次電感最小值Lpri

Vin(min).Dmax127*0.5

Lpri===452*10-6H=452uH

Ipk.f2.81*50*103

此處選Dmax=0.5第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.5計算磁芯氣隙Lgap值

0.4πLpri.Ipk*1080.4π*452*10-6*2.81*108

Lgap===0.04cm=0.4mm

AeB2max1*(2000)2

查表，EE35/35/10AL=120uH/N2Lgap約為0.5mm

2.6計算一次繞組最大匝數(shù)Npri

Lpri452*10-6

Npri===61.4匝取Npri=62匝

AL120*10-9

2.7計算二次主繞組匝數(shù)NS1（NS1為DC+5V繞組）

Npri(V01+VD)(1-Dmax)62*(5+0.7)*(1-0.5)

Ns1===2.78匝

Vin(min)Dmax127*0.5

取Ns1=3匝

此處整流二極管壓降VD=0.7V第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.8計算其它次級繞組匝數(shù)

(Von+VDn)Ns1

Nsn=

V01+VD1

(12+0.7)*3

+12VNsn==6.68匝取7匝

5+0.7

(24+0.7)*3

+24VNs24==13匝取13匝

5+0.7

第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.9檢查相應(yīng)輸出端電壓誤差

Vsn

δVsn%=((=*Ns’n-Vsn)/Vsn)*100%

Nsn

12

+12VδVS12%=((=*7-12)12)*100%=4.79%

6.68

24

+24VδVS24%=((=*13-24)24)*100%=0%

13

電壓誤差均符合要求。

2.10計算和選取繞組導線線徑

dwn=1.13In

J第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月計算趨膚深度

66.166.1

S===0.29mm

f50*103

一次繞組：dwp=1.130.64=0.52取0.5mm

3

二次繞組：+5Vdwn1=1.131=0.65取0.5mm6股

3

+12V,0.5,4股

-12V,0.5,2股

+24V,0.5,2股

偏置,0.4,單股

第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計

變壓器線路圖如下：

0.5/31匝0.5*2/6匝

0.5/31匝0.5*4/4匝

0.5*6/3匝

0.4/7匝

0.5*2/7匝

第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

變壓器繞制結(jié)構(gòu)如下：

0.06/3層

@@@@@@@@@@@@偏置繞組

0.06/3層

@@@@@@@@@@@@?一次繞組

0.06/3層

@@@@@@@@@@@@二次繞組

0.06/3層

@@@@@@@@@@@@?一次繞組

3mm3mm第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.11計算變壓器損耗

1）銅損：Pcun=NnV*MLT*Rn)In2

MLT=2E+2C=2*25.27+2*9.35=69.24mm

初級銅損：Pcup=(62*69.24*10-3*0.085)0.642=0.15W149W

次級銅損：Pcu+5V=(3*69.24*10-3*0.085/6)32=0.026W0.07W