CCM反激变压器设计
反激CCM变压器算法
反激CCM变压器算法
最低输入电压Vs100
输出电压Vo12
输出电流Io1
估算效率η0.85
输入功率Pi14.11764706
工作频率f65000
选定反射电压Vor80
最大占空比D0.444444444
输入电流平均值Iavp0.141176471
选定电流波峰比Krp0.7
输入电流峰值Ipp0.488687783
输入电流有效值Irmsp0.221761931
最大导通时间Ton 6.83761E-06
预选工作B值Bset0.235
选定磁芯型号
磁芯截面积Se(mm^2)51.80.0000518 磁路长度M0.057
相对导磁率2300
计算原边匝数Np56.17026894
选取原边匝数Np5656
选取载流密度Density(4~10A/mm^2)5 计算导线截面积Sw0.044352386
单股导线线径0.237636723
双股导线线径0.168034538
三股导线线径0.137199626
四股导线线径0.118818362
N股导线线径50.106274373
输出整流管压降Vfo0.6
次级匝数Nss8.82
选取次级匝数Ns99
重新核定反射电压Vora78.4
重新核定最大占空比Da0.439461883
重新核定最大导通时间Tona 6.76095E-06
重新核定输入电流峰值Ippa0.494228461
计算输出电流峰值Ips 3.07519931 2.744615计算输出电流有效值Irmss 1.567193481
计算次级导线截面积0.313438696
单股导线线径0.631729802
双股导线线径0.446700427
(完整版)50W反激变换器的设计
50W反激变换器的设计(CCM)
电源规格输入电压:85Vac ~ 264Vac
输出电压:5Vdc 输出电流:10A
确定变压器初次级的匝比n
设定最大占空比: D=0.45
工作频率: f=100KHz,T=1/f=10uS
最大磁通密度: B=0.2
则主功率管开通时间为:
Ton=T*D=10uS*0.45=4.5uS
选择变压器的磁芯型号为EER2834
磁芯的截面积:Ae=85.5mm
最低输入电压:
Vin= 85 * √2 –20 = 100.2 V ( 设定低频纹波为20V )根据伏·秒平衡原理有:
Vin * Ton = n * ( V o + Vf ) * Toff
( 设定整流管压降为1V )
变压器的匝比n: n = 13.67
设定电源工作在连续模式Ip2 = 0.4 * Ip1
0.5 * ( Ip1 + Ip2 ) * Vin * D = Pout /η
( 设定电源的效率η为0.8 )
Ip1 = 1.98 A Ip2 = 0.79 A
变压器的感量
L = ( Vin * Ton ) / ( Ip1 – Ip2 ) = 379 uH
变压器的初级匝数
Np = ( Vin * Ton ) / ( Ae * B ) = 27 T
变压器的次级匝数Ns = Np / n = 2 T
变压器的实际初次级匝数可以取
Np = 27 T Ns = 2 T
重新核算变压器的设计
最大占空比:Vin * D = n * ( V o + Vf ) * ( 1 – D )
D = 0.447
最大磁通密度:Bmax = ( Vin * Ton ) / ( Np * Ae )
反激变压器 ccm模式次级电流计算公式
反激变压器 ccm模式次级电流计算公式
反激变压器 CCM 模式次级电流计算公式
反激变压器常用于电源供应器、逆变器等电路中,其次级电流计算是设计中的关键问题。在连续导通模式(CCM)下,可以使用以下公式计算反激变压器次级电流:
Iout = (Vin - Vout) × D / (L × f)
其中:
- Iout 是反激变压器的次级电流,单位为安培(A);
- Vin 是输入电压,单位为伏特(V);
- Vout 是输出电压,单位为伏特(V);
- D 是开关器件的占空比,取值范围在 0 到 1 之间;
- L 是反激变压器的次级电感,单位为亨利(H);
- f 是开关频率,单位为赫兹(Hz)。
需要注意的是,在计算次级电流之前,开关器件的占空比必须是已知的,可以根据具体设计要求确定。此外,反激变压器的次级电感和开关频率也是设计中需要确定的参数。
以上公式是在连续导通模式下使用的,如果反激变压器处于不连续导通模式(DCM)下,计算公式将有所区别。在实际设计中,还应考虑到各种损耗和电源的稳定性,进行综合分析和优化。
总之,反激变压器CCM 模式次级电流的计算公式是基于输入电压、输出电压、开关器件的占空比、次级电感以及开关频率的关系。通过正确使用这个公式,可以在设计中准确计算反激变压器的次级电流,从而满足电路的要求。
反激变压器 ccm模式次级电流计算公式
反激变压器ccm模式次级电流计算公式
摘要:
一、反激变压器简介
二、CCM模式概述
三、次级电流计算公式推导
四、次级电流计算实例
五、结论与实用建议
正文:
一、反激变压器简介
反激变压器(Flyback Transformer)是一种广泛应用于开关电源、逆变器等电子设备中的重要元件。它主要由磁芯、线圈和绕组组成,能在输入电压和输出电压之间实现能量传递。在反激变压器中,次级电流是非常重要的参数,因为它直接影响到输出电压的稳定性和负载设备的性能。
二、CCM模式概述
CCM(Current Conduction Mode)模式是指在开关电源工作过程中,次级电流在半个周期内持续导通的一种工作模式。在这种模式下,次级电流的平均值等于输入电压与负载电阻之比。CCM模式下的反激变压器具有较高的效率和较小的体积,因此在很多应用场景中备受青睐。
三、次级电流计算公式推导
为了便于分析和计算,我们先假设以下条件:
1.磁芯损耗忽略不计;
2.绕组电阻和电感忽略不计;
3.输入电压为正弦波形;
4.开关频率足够高,使得次级电流与输入电压的相位差可以忽略。
根据基尔霍夫电压定律,我们可以得到次级电压与次级电流的关系:
V2 = L × di/dt + R × i
其中,V2为次级电压,L为次级电感,di/dt为次级电流的变化率,R为次级电阻。
由于次级电流在整个周期内持续导通,我们可以将次级电流表示为:
i = Iavg + Δi
其中,Iavg为次级电流的平均值,Δi为次级电流的波动成分。将上式代入V2的表达式,得到:
V2 = L × (di/dt + Δi) + R × (Iavg + Δi)
ccm反激式开关电源的峰值电流积分计算
ccm反激式开关电源的峰值电流积分计算
在电子电路中,开关电源是一种常见的电源类型,其工作原理是
通过切换器(MOSFET或BJT等器件)实现输入电压的快速转换和调整,从而输出稳定的直流电压。而ccm反激式开关电源是一种比较常见的
结构,其中ccm表示连续导通模式。本文将围绕ccm反激式开关电源
的峰值电流积分计算进行分步骤阐述。
第一步,了解反激式开关电源的原理。反激式开关电源是一种能
够实现高效率和高功率的电源结构,其中的变压器将电源电压转换为
所需的输出电压,并且开关管的开关行为控制变压器的输出。在ccm
反激式开关电源中,输入电压在开关管导通期间从电源到负载流动,
而在开关管关断期间则通过二极管从负载回到电源。
第二步,了解峰值电流和积分的概念。峰值电流指的是电路中电
流达到最大值时的值,而积分则是对时间内的某个物理量进行加和与
计算。
第三步,了解峰值电流积分的意义。在ccm反激式开关电源中,
峰值电流与所选开关管的导通时间有关,而开关管的导通时间又决定
了电源的输出功率和效率。因此,确定合适的峰值电流是重要的,可
以在保持电源性能的情况下延长开关管的使用寿命。
第四步,计算峰值电流积分。峰值电流积分通常可以通过以下步
骤进行计算:
1.计算电源的输出功率和所需的负载电流,以确定开关管的导通时间。
2.计算开关管的导通电流,并乘以导通时间得到峰值电流。
3.将峰值电流与电源频率相乘以得到电流积分。
以上为ccm反激式开关电源的峰值电流积分计算方法,需要注意
的是,在实际应用过程中,需要根据具体电路条件进行调整和优化,
CCM办法反激改换器的核算公式及波形
CCM办法反激改换器的核算公式及波形根柢参数
最小直流电压Vdcmin:100V开关频率F:65KHz
最大直流电压Vdcmax:375V反射电压VOR:120V
输出电压Vo:12V原边开关管压降VDSOn:0.5V
输出功率Po:100W(8.33A)输出整流管压降Vd1:0.5V
改换功率eta;:0.9VCC整流管压降Vd2:0.5V
次级匝数Ns:7T磁芯:EER35/40
注:1、非实习商品,仅做举例。
由于HVDC电压的巨细与Cin、温度挨近有关,故不界说Vacmin;
3、原边电流的核算,正本是参看了《开关电源手册》,见p156--p180,110W反激变压器方案,原文中界说的原边电流,
IP2=3*IP1,即KRP=0.66。这篇文章顶用X、Y、Z来描写原边电流,即固定X=10,Y为恣意值,KRP也就为恣意值。
4、损耗的核算参看了《开关电源仿真》p542,90W反激变压器方案。
5、各种公式再接连抵偿、批改;
6、核算效果运用了PI的电子数据核算表格核算,代入有关要
害参数即可。
注:由于VDS的峰值电压与漏感有挨近联络,故核算式中没有包含尖峰电压;原边有用电流的核算公式取自于《开关电源仿真》。
需求留神的是,这儿TON、TOFF标反了,由于影响不大所以暂时就不改了,下一步是原边的各种损耗核算。
留神第7步往后,有两种核算办法:
榜首种办法是先核算出峰值电流、纹波电流,再通过纹波电流来核算出原边电感量,公式:LP=V*TON/Ip。
第二种核算办法是,先核算出原边电感量,然后通过纹波电流核算出峰值电流,公式:Ip=IA/Dmax+△i/2
反激变压器 ccm模式次级电流计算公式
反激变压器ccm模式次级电流计算公式
摘要:
1.反激变压器简介
M 模式下反激变压器的设计步骤
3.计算变压器初级与次级匝数比
M 模式反激变压器的电流计算公式
5.实例分析
正文:
一、反激变压器简介
反激变压器是一种用于变换交流电压的电子元件,其工作原理是利用磁场感应原理,通过变换线圈的匝数比例来实现输入电压与输出电压的变换。反激变压器广泛应用于各种电子设备中,如电源适配器、充电器等。
二、CCM 模式下反激变压器的设计步骤
1.确定电源规格:输入电压范围、输出电压与负载电流等。
2.工作频率和最大占空比:根据实际需求设定,以确保变压器的效率和性能。
3.计算变压器初级与次级匝数比:根据输入输出电压比例和变压器效率,合理选择初级与次级线圈的匝数。
三、计算变压器初级与次级匝数比
在CCM 模式下,变压器的初级与次级匝数比可以通过以下公式计算:(np/nsn)= V1/V2 * (fo/f2) * (1/η)
其中,n 为匝数比,V1 和V2 分别为输入和输出电压,fo 和f2 分别为工作频率和最大占空比,η为变压器效率。
四、CCM 模式反激变压器的电流计算公式
在CCM 模式下,反激变压器的次级电流计算公式为:
I2 = I1 * (V1/V2) * (f2/fo)
其中,I1 和I2 分别为初级和次级电流,V1 和V2 分别为输入和输出电压,fo 和f2 分别为工作频率和最大占空比。
五、实例分析
假设输入电压范围为120-265Vac,输出电压分别为125V、27.5V、31.6V 和48V,负载电流分别为0.6A。工作频率为50kHz,最大占空比为0.45。变压器效率为90%。根据以上参数,可计算得到初级与次级匝数比为1:20。
CCM模式反激变压器的设计
CCM连续电流模式反激变压器的设计
一. 序言
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
1).反激式变换器的电路结构如图一.
2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).
当Q1导通,T1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为:
Vdc=Lp*dip/dt
此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw.
3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).
当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.当∆B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co 和负载上.
CCM反激变压器计算
(3) (4) (5)
9 / 12 [2009/7/3 11:04:49]
http://www.dzkf.cn/html/zonghejishu/2009/0319/3704.html
(3)(4)(5)
:
Is2p=1/2*{2*I02/[1-D]+[V02+Vf]*[1-D]*T*Np2/[Ns22*Lp]} =0.5*{2*1/[1-0.418]+[12+1]*[1-0.418]*10*362/[72*250]} =5.72A Is2b =I01/[1-D]-1/2*[V01+Vf]*[1-D]*Np2/[Ns22*Lp] =1/0.582-0.5*13*0.582*10*362/[72*250] =-2.28A <0 .则+12V +12V Is2b=0 导 时 为t’. : 级线 为 连续, (图 ).
(Flyback Converter) 结 图 .
2).
Q1导
时,
图
(a)
导
时
级
连续时
,
线
图
(b).
Q1导 , Ip
,T1
级线 D1
渐渐 导 ,
级 则
过, Co .
储 时 压
.
压
级
级侧 Lp,
线
级线
ccm模式反激变压器计算
ccm模式反激变压器计算
CCM模式反激变压器是一种常见的电力电子变压器,也被广泛应用于电力系统中。它的设计和计算对于保证电力传输的稳定性和高效性具有重要意义。本文将介绍CCM模式反激变压器的基本原理和计算方法。
我们来了解一下CCM模式反激变压器的基本原理。CCM模式,即连续导通模式(Continuous Conduction Mode),是指变压器的磁场在整个工作周期内都保持连续导通的状态。而反激变压器则是指在工作过程中,变压器的磁场能量会周期性地被释放和吸收。CCM模式反激变压器通过合理控制开关管的通断时间,实现电能的高效转换。在计算CCM模式反激变压器的参数时,首先需要确定变压器的额定功率和输入输出电压。额定功率是指变压器在设计工作条件下所能承载的最大功率。输入输出电压则是指变压器的输入端和输出端的电压。根据这些参数,可以进一步计算出变压器的额定电流和额定频率。
接下来,我们需要计算变压器的变比和匝数。变比是指输入电压与输出电压之间的比值,可以根据输入输出电压的值来计算。匝数则是指变压器的输入线圈和输出线圈的匝数,可以通过变比和输入线圈的匝数来计算。
在计算变压器的匝数时,需要注意线圈的绕组方式和磁芯的材料。
绕组方式有串联和并联两种,根据实际情况选择合适的绕组方式。而磁芯的材料则会影响变压器的磁导率和损耗,需要选择合适的材料来提高变压器的效率。
还需要计算变压器的损耗和效率。损耗是指变压器在工作过程中由于电阻、涡流和剩磁等因素引起的能量损失。效率则是指变压器输出功率与输入功率之间的比值,可以通过计算损耗和输出功率来得到。
高频变压器应用技术-第7章
1.143
10 (mm )
4 4
7.3 DCM反激变压器的设计
2,在开关管开通期间,在输入电压的作用下,电感 电流从零线性上升,变压器原边存储能量。
1 2 Pin 2 LI PK V L di L I pk in dt DT
7.3 DCM反激变压器的设计
I srms
Io 1 Dmax
可以根据此有效值选择原副边线径。
7.3 DCM反激变压器的设计
7,副边二极管的选择
副边二极管承受的反压:
Vin max Vdr Vo n
副边电流有效值:
I srms
Io 1 Dmax
7.4 CCM反激变压器的设计
相对于DCM,当变换器工作于CCM时,峰值电 流减小,但变压器体积增大,MOS和输出二极管的 开关损耗增大。 因此CCM反激通常应用于功率较大场合,但需 要注意,CCM反激在轻载或者高压输入情况下有可 能进入DCM。
第七章 反激变压器设计
第七章 反激变压器设计
反激变换器的工作原理 反激变压器的设计考虑
内 容 提 要
DCM反激变压器的设计
CCM反激变压器的设计
小结
7.1 反激电路的工作原理
7.1 反激电路的工作原理
7.1 反激电路的工作原理
7.1 反激电路的工作原理
连续电流模式反激变压器的设计OK
连续电流模式反激变压器的设计
Design of Flyback Transformer with
Continuing Current Model
作者:深圳市核达中远通电源技术有限公司- 万必明
摘要:本文首先介绍了反激变换器(Flyback Converter)的工作原理,然后重点介绍一种连续电流模式反激变压器的设计方法以及多路输出各次级电流有效值的计算.
关键词:连续电流模式(不完全能量传递方式)、不连续电流模式(完全能量传递方式)、有效值、峰值.
Keywords: Continuing Current Model、Discontinuing Current Model、virtual value 、peak value.
一.序言
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
反激变压器设计(独家教程)
反激式SMPS设计
——变压器设计
Flock fai liu
2012-02-23学习除了努力,还需要方法!
一、电流纹波率
在设计之前,先引入SMPS最基本也是影响最广的一个设计参数——电流纹波率(K RP)。它的设定非常重要,一旦设定好了它,几乎所有参数都已确定。它会影响功率器件(开关管、输出整流二极管),输出滤波电容的电流应力和损耗,变压器几何尺寸。所以不了解它,就无法开展变压器的设计。
电流纹波率定义初级纹波电流(△I)与电流有效值(I P)的比值。即:
K RP=△I
I P ; △I=V DCmin∗T ON
L p
; I p=
I O∗1
n
1−D Max
K RP的有效范围为0—2,CCM<1,DCM=1,BCM=2 (电感电流的三种工作模式,自
参阅书籍),若将它设为0,△I必为0,根据电感方程V=L*△I
△t
表明此时电感量为无穷大,所以实际中不可能。
从铜损跟铁损的折中考虑、变压器的几何尺寸以及EMI等综合折中;根据输出功率或特性的不同,将K RP设定在0.4—1之间进行调整,低压大电流和大功率输出选择偏低;高压小电流和小功率输出选择偏大。当V INmin增加时,K RP相对应偏大。
当然任何情况下如果将K RP设定偏小,允许选择更大的磁蕊,效果是非常好的。但从商业角度来说,控制成本,体积等原因,大多情况下只是空谈吧了。不过认识这一点是很有帮助的。当然有时也会有,这时可相对应偏小。
我们必须要深刻了解K RP的设定给设计结果带来的影响。设置过小,会增大变压器尺寸以及高频铜损问题,当然会减小峰值电流、功率器件、电容的损耗。CCM模式会使输出整流二极管发热增加。然而设置过大自然与上述相反了,它还会影响EMI。然而我们从低压时设计的CCM并不意味着它会一直工作在CCM模式。它会随着电压的升高或负载的减小,使K RP=1后进入DCM模式,此时在输出整
反激变压器原理及设计方法
反激变压器原理及设计方法
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一. 序言
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
1).反激式变换器的电路结构如图一.
2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).
反激式电源变压器设计公式新解
反激式电源变压器设计公式新解
反激式电源变压器设计公式新解
固定周期电流控制型反激式开关电源中,控制电路能使电源能够稳定⼯作,⽽其中设计的关键是变压器。设计开关电源变压器最主要的是考虑三⼤要素:⼀是完成电功率的传输;⼆是初级线圈电感量;三是次级与初级线圈的以Vor 为基准的⽐例关系。已有的开关电源变压器的计算⼤多很复杂,然⽽在搞清楚电感充放电基本原理的基础上,紧紧抓住电感充电放电的本质,应⽤到功率传输等⽅⾯,得到⼀个新的能量传输关系函数表达式,最后设计出⼀款⽐较合理的反激式电源变压器。
⼀、动态深度和设计深度的关系
CCM 模式与tor 关系图:
1.动态深度
在电流连续模式下Krp 的设置时,动态深度为,从CCM 模式tor ⽰意图的⼏何关系可
以得到,,式中
tor 为电感不受开关周期约束的最长放电时间,该式把电感放电时间与开关关闭时间和Krp 联系在⼀起,由于Krp 是随着输⼊电压的改变⽽变化的,所以Krp 称动态深度。 2.设计深度
设计深度:Kt=tor/T ,即电感不受开关周期约束的最长放电时间与开关周期的⽐值。此值由设计时确定,是⼀个固有参数,在运⾏过程中不会改变,所以Kt 称设计深度。
占空⽐:D=Ton/T=(T-Toff )/T 由此可得到Krp 、Kt 与占空⽐D 的关系:
------------------------------(1)
或
假如tor=1.2T ,Krp=0.4 则
表⼀:以D 为⾃变量,Kt 、D 与Krp 三者的关系列表: D
Kt 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
CCM模式反激变压器的设计
CCM连续电流模式反激变压器的设计
一. 序言
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
1).反激式变换器的电路结构如图一.
2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).
当Q1导通,T1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为:
Vdc=Lp*dip/dt
此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw.
3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).
当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.当∆B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co 和负载上.
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连续电流模式反激变压器的设计
Design of Flyback Transformer with
Continuing Current Model
作者:深圳市核达中远通电源技术有限公司- 万必明
摘要:本文首先介绍了反激变换器(Flyback Converter)的工作原理,然后重点介绍一种连续电流模式反激变压器的设计方法以及多路输出各次级电流有效值的计算.
关键词:连续电流模式(不完全能量传递方式)、不连续电流模式(完全能量传递方式)、有效值、峰值.
Keywords: Continuing Current Model、Discontinuing Current Model、virtual value 、peak value.
一.序言
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
1).反激式变换器的电路结构如图一.
2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).
图一
图二(a)
当Q1
存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为:
ip(t)=ip(0)+1/Lp*∫0DT Vdc*dt
Vdc=Lp*dip/dt
此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw. 3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).
(a)
当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B 并没有相对的改变.当∆B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co和负载上.
此时次级线圈两端电压为:Vs(t)=Vo+Vf (Vf为二极管D1的压降).
次级线圈电流:is(t)=is(DT)-1/Ls*∫
DT T
V S(t)*dt
Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls为次级线圈电感量)
由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM).
三.CCM模式下反激变压器设计的步骤
1.确定电源规格.
1).输入电压范围Vin=85—265Vac;
2).输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;
3).变压器的效率ŋ=0.90
2.工作频率和最大占空比确定.
取:工作频率fosc=100KHz, 最大占空比Dmax=0.45.
T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5us
Toff=10-4.5=5.5us.
3.计算变压器初与次级匝数比n(Np/Ns=n).
最低输入电压Vin(min)=85*√2-20=100Vdc(取低频纹波为20V).
根据伏特-秒平衡,有: Vin(min)* Dmax= (Vout+V f)*(1-Dmax)*n.
n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+V f)*(1-Dmax)]
n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.64
4.变压器初级峰值电流的计算.
设+5V输出电流的过流点为120%;+5v和+12v整流二极管的正向压降均为1.0V.
+5V输出功率Pout1=(V01+V f)*I01*120%=6*10*1.2=72W
+12V输出功率Pout2=(V02+V f)*I02=13*1=13W
变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W
如图四, 设Ip2=k*Ip1, 取k=0.4
1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/ŋ
Ip1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax] Ip2
=2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]
=3.00A
Ip2=0.4*Ip1=1.20A ( 图四)
5.变压器初级电感量的计算.
由式子Vdc=Lp*dip/dt,得:
Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2]
=100*4.5/[3.00-1.20]
=250uH
6.变压器铁芯的选择.
根据式子Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ],其中: Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85W
Ko(窗口的铜填充系数)=0.4
Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体),
变压器磁通密度Bm=1500 Gs
j(电流密度): j=5A/mm2;
Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90]
=0.157cm4
考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表:
EER2834S铁氧体磁芯的有效截面积Ae=0.854cm2
它的窗口面积Aw=148mm2=1.48cm2
EER2834S的功率容量乘积为
Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm4 >0.157cm4故选择EER2834S铁氧体磁芯.
7.变压器初级匝数及气隙长度的计算.
1).由Np=Lp*(Ip1-Ip2)/[Ae*Bm],得: