TI 反激变压器设计

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反激变压器设计过程

反激变压器设计过程

反激变压器设计过程1、初始值设定1.1 开关频率fkHz对于要接受EMI规格适用的产品,不要设定在150kHz预计余量的话120kHz左右以上;一般设定在65kHz左右;1.2 输入电压范围设定主要对瞬时最低输入电压/连续最低输入电压/最大输入电压的3类进行设定;1.3 最大输出电流设定对于过电流保护最大输出电流/连接最大输出电流/峰值最大输出电流在规格书上有规定的情况下3种类,进行设定;另外,在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量;1.4 最大二次绕组输出端电压设定用以下公式算出:最大二次绕线端输出电压:V N2max V =接插件端输出电压+线间损失0.1~0.5V +整流元器件Vf 0.4~0.6V※ 在有输出电压可变的情况下,根据客户要求规格书的内容不同,适用的范围而各不相同;只保证输出电压 ※只在装置试验时电压可变的情况下; 磁芯用最大输出电压来设计;绕线是用额定输出电压来设计;保证所有的性能※在实际使用条件下通常的电压可变的情况下; 磁芯、绕线都用最大输出电压来设计;1.5 一次电流倾斜率设定输入电压,瞬时最低动作电压、输出电流,在过电流保护最大输出电流/连接最大输出电流/峰值最大输出电流的任意一个最大输出电流的条件下,设定图1-1的一次电流波形的斜率;K 的设定公式如下;作为目标,设定到0.5~0.6,兼顾到之后的其他特性,作最适当的变更;1.6 最大占空比设定一般设定为0.45~0.65;1.7 最大磁通密度设定Bmax设定为磁芯的产品目录上所记载的饱和磁通密度×0.8~0.9;设计的要点:单一输入的情况下设定为0.45、普遍输入的情况下设定为0.65左右;图1-2中表示了TDK 制的磁珠磁芯PC44的B-H 曲线图; 磁芯的磁通密度BT,如图1-2所示,与磁场强度HA/m 成比例,增加;另外,当B 达到一定的值时,在那基础上,即使增加H,B 也不会增加;在此磁束饱和状态下,不仅仅达不到作为变压器的机能,还有开关FET 破损的危险性,因此磁芯绝对必须在此饱和磁通密度以下来使用;另外,从产品目录上引用数据时,需要在符合使用条件的温度下选择饱和磁通密度,因此请注意;※磁芯的饱和磁通密度是根据温度而变动;在TDK 制PC44的120℃下的饱和磁通密度,将降低到25℃时的值的68.6%;因此,如果在25℃的条件下设计的话,有可能发生使用时的故障;1.8 绕线电流密度设定绕线电流密度对绕线的温度上升有一定影响,因此一定要考虑冷却条件、使用温度范围、变压器构造等,再进行适当的设定;设计要点:・ 变压器的发热,是根据,根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定2、变压器特性设计2.1 计算一次绕组的电流峰值变压器总输出功率P 2W 是瞬时最大值;在输出电流规格书中有设定峰值条件的情况下,用I o peak ×V N2max ;另外,多输出的情况下,将各电路的输出功率的总和作为变压器总输出功率;变压器效率一般为0.95;2.2 计算一次/二次绕组的匝数比匝数比根据输出入电压和最大占空比来决定;2.3 计算一次绕组的电感量3、变压器构造设计3.1 计算一次绕组的电流有效值 计算一次绕线电流有效值I N1 TYP RMS ;不用考虑瞬时最低动作输入电压、过电流、峰值最大电流;首先求出占空比α;接着用以上所求出的占空比α,求出一次绕线电流有效值;作为标准,从1.1.8项中设定的绕线电流密度I/SA/mm 2和一次绕线电流有效值I N1typrms A 中,计算出一次绕线截面积S N1mm 2;3.2 计算二次绕组的电流有效值※省略以下的详细计算,可以将直流输入电流的1.6倍作为一※可以省略以下的详细计算,将直流输出电流的1.4倍作为二在实使用条件的通常驻机构状态下,用在1.3.1项中算出的占空比α、一次绕线电流有效值IN1typrmsA,算出连续流出的最大的二次绕线电流有效值;替换为与各自的二次绕线和一次卷的绕线比,进行计算,另※多输出变压器的情况下,将N12中加上对于全功力的其电路输出功力的比率;外在所求得的IN2typrmsA作为标准,从在1.1.8项中设定的绕线电流密度I/SA/mm2与二次绕线电流有效值IN2typrms中,计算出二次绕线断面积Smm2;N2设计要点:・变压器的发热,是根据,根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定的;绕线电流密。

反激式开关电源变压器的设计方法

反激式开关电源变压器的设计方法

反激式开关电源变压器的设计方法反激式开关电源变压器是一种常用于电子设备中的高效率、高频率开关电源变压器。

其设计方法包括了选择合适的变压器参数、计算变压器工作状态、考虑磁芯损耗和温升等方面。

下面将详细介绍反激式开关电源变压器的设计步骤。

首先,确定设计目标和性能要求。

根据所需的输入和输出电压和电流,确定变压器的额定功率和输出功率。

同时,考虑变压器的体积限制以及可用的材料,进行适当的权衡。

第二步是选择磁芯材料。

磁芯的选择对于反激式开关电源变压器来说非常重要,因为磁芯的性能直接影响着变压器的效率和工作频率。

常见的磁芯材料包括铁氧体和软磁合金等,可以根据具体的应用需求和成本进行选择。

第三步是计算变压器的主要参数。

包括主磁链感应系数、匝数比、实际绕组电压和电流等。

根据设计目标和性能要求,以及选择的磁芯材料,可以通过一系列公式和计算来决定这些参数。

第四步是进行磁芯损耗和温升的估算。

反激式开关电源变压器在工作过程中会产生磁芯损耗和温升。

这些损耗会导致变压器的效率下降,甚至导致变压器无法正常工作。

因此,需要根据具体的磁芯材料和使用条件,进行损耗和温升的估算。

第五步是进行变压器的绕组设计。

根据变压器的参数和工作状态,设计变压器的绕组结构和匝数。

通过合理设计绕组,可以提高变压器的效率和性能。

第六步是进行变压器的线径选择和导线布局。

根据所需的电流和损耗,选择合适的线径,并进行合理的导线布局,以提高变压器的效率和散热性能。

最后一步是进行变压器的实际制造和测试。

根据设计图纸和规格要求进行变压器的实际制造,并通过测试来验证设计的正确性和性能。

总之,反激式开关电源变压器的设计是一个复杂的过程,需要考虑多个因素的综合影响。

通过合理选择磁芯材料、计算变压器参数、评估磁芯损耗和温升等步骤,可以设计出性能良好、效率高的变压器。

反激变压器的设计

反激变压器的设计

反激变压器的设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:反激变压器的设计//========================================================反激变压器设计最简单的方法ﻫ我自己综合了一下众多高手的方法,自认为是比较简单的方法了!如下: ﻫ1,VDC min=VAC min * 1.2VDC max=VAC max* 1.42,输出功率Po=P1+P2+Pn......ﻫ上式中P1=(Vo1+Vf)*I1 、P2 =(Vo2+Vf)*I2上式中Vo为输出电压,Vf为整流管压降ﻫ3,输入功率Pin=(Po/η)*1.2(此处1.2为输入整流损耗) ﻫ4,输入平均电流:Iav = Pin/VDCminﻫ5,初级峰值电流:Ip = 2*Iav/Dmax6,初级电感量:Lp=Vdc min *Dmax/(Ip*fs) fs为开关频率ﻫ7,初级匝数:Np=VDC min *Dmax /(ΔB*Ae*fs) ﻫ上式中ΔB推荐取值0.2 Ae为磁芯横截面积,查规格资料可得!8,次级匝数:NS =(Vout+Vd)*(1-Dmax)*Np / Vin min*Dmax至此变压器参数基本完成!另就是线径,可根据具体情况调整!宗旨就是在既定的BOBINN上以合适的线径,绕线平整、饱满!///================================反激式变压器设计原理(FlybackTransformer Design Theory)第一节. 概述.反激式(Flyback)转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器.因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名.离线型反激式转换器原理图如图.一、反激式转换器的优点有:2.转换效率高,损失小.1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求.ﻫ4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实3. 变压器匝数比值较小. ﻫ现交流输入在85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求.二、反激式转换器的缺点有:1.输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下.2.转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大.3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM/ DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂.ﻫ第二节. 工作原理ﻫ在图1所示隔离反驰式转换器(The isolatedflybackconverter)中, 变压器" T"有隔离与扼流之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke.电路的工作原理如下:ﻫ当开关晶体管Tr ton时,变压器初级Np有电流Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp/ 2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律: (e=-N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形如图2.ﻫ由图可知,导通时间ton的大小将决定Ip、Vce的幅值:Vce max = VIN/1-Dmax ﻫVIN:输入直流电压;Dmax: 最大工作周期Dmax = ton/ Tﻫ由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保持低的Dmax,也就是Dmax<0.5,在实际应用中通常取Dmax= 0.4,以限制Vcemax≦ 2.2VIN.开关管Tron时的集电极工作电流Ie,也就是原边峰值电流Ip为: Ic = Ip =IL /n.因IL = Io,故当Io一定时,匝比n的大小即决定了Ic的大小,上式是按功率守恒原则,原副边安匝数相等NpIp= NsIs而导出. Ip亦可用下列方法表示:Ic=Ip= 2Po/ (η*VIN*Dmax)η: 转换器的效率公式导出如下:输出功率:Po= LIp2η/ 2T输入电压:VIN = Ldi /dt设di = Ip,且1/ dt = f /Dmax,则:VIN = LIpf/ Dmax或Lp= VIN*Dmax / Ipf则Po又可表示为: ﻫPo= ηVINf DmaxIp2/2f Ip= 1/2ηVINDmaxIp∴Ip=2Po/ηVINDmax上列公式中:ﻫVIN:最小直流输入电压(V)ﻫDmax:最大导通占空比ﻫLp: 变压器初级电感(mH)ﻫIp :变压器原边峰值电流(A)f:转换频率(KHZ)//========================================你看的书就会把你给绕进去...绕半天却找不到自己了。

反激变压器设计步骤及变压器匝数计算

反激变压器设计步骤及变压器匝数计算

1. 确定电源规格..输入电压范围Vin=85—265Vac;.输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;.变压器的效率ŋ=0.902. 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=4.5usToff=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+Vf)*(1-Dmax)*n.n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)]n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.644. 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+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/Ip1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax]=2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]=3.00AIp2=0.4*Ip1=1.20A5. 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]=250uH6.变压器铁芯的选择.根据式子Aw*Ae=P t*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ],其中:Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85WKo(窗口的铜填充系数)=0.4Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体),变压器磁通密度Bm=1500 Gsj(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=1.48cm2EER2834S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:Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12 取Np=36由Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,得:气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp=4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH)=0.556mm 取lg=0.6mm2). 当+5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax.Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np]=250*10-6*3.00/[85.4 mm2*36]=0.2440T=2440Gs <3000Gs因此变压器磁芯选择通过.8. 变压器次级匝数的计算.Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 取Ns1=3Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 取Ns2=7故初次级实际匝比:n=36/3=129.重新核算占空比Dmax和Dmin.1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc.由Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,得:Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)]=6*12/[6*12+100]=0.4182).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)]=6*12.00/[6*12.00+374.7]=0.1610. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms).1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K值. 设Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ(1)K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) (2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+Vin(min)* Ton(max)/Lp}=0.5*{2*73*10/[0.90*100*4.18]+100*4.18/250.0}=2.78AK=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2=[0.418/3*(2.782+1.112+2.78*1.11)] 1/2=1.30A11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算:当开关管截止时, 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.因此开关管截止时,初级峰值电流与匝数的乘积等于次级各绕组匝数与峰值电流乘积之和(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p).由于多路输出的次级电流波形是随各组负载电流的不同而不同, 因而次级电流的有效值也不同.然而次级负载电流小的回路电流波形,在连续时接近梯形波,在不连续时接近三角波,因此为了计算方便,可以先计算负载电流小的回路电流有效值.1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形:1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02 (3)Ls1*[Is2p –Is2b]/toff=V02+Vf (4)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 (5)由(3)(4)(5)式得: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]}=5.72AIs2b =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因此假设不成立.则+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形.令+12V整流管导通时间为t’.将Is2b=0代入(3)(4)(5)式得:1/2*Is2p*t’/T=I02(6)Ls1*Is2p/t’=V02+Vf(7)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 (8)由(6)(7)(8)式得:Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2=5.24At’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流:Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p=[3.817/3*10] 1/2*5.24=1.87A3).+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:Is1rms= Is2(rms)*I01/I02=1.87*10/1=18.7A12.变压器初级线圈和次级线圈的线径计算.1).导线横截面积:前面已提到,取电流密度j=5A/mm2变压器初级线圈:导线截面积= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2变压器次级线圈:(+5V)导线截面积= Is1(rms)/j=18.7A/5A/mm2=3.74 mm2(+12V)导线截面积= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm2=0.374mm22).线径及根数的选取.考虑导线的趋肤效应,因此导线的线径建议不超过穿透厚度的2倍.穿透厚度=66.1*k/(f)1/2 k为材质常数,Cu在20℃时k=1.=66.1/(100*103)1/2=0.20因此导线的线径不要超过0.40mm.由于EER2834S骨架宽度为22mm,除去6.0mm的挡墙宽度,仅剩下16.0mm的线包宽度.因此所选线径必须满足每层线圈刚好绕满.3).变压器初级线圈线径:线圈根数=0.26*4/[0.4*0.4*3.14]=0.26/0.1256=2取Φ0.40*2根并绕18圈,分两层串联绕线.4).变压器次级线圈线径:+5V: 线圈根数=3.74/0.1256=30取Φ0.40*10根并绕3圈, 分三层并联绕线.+12V: 线圈根数=0.374/0.1256=3取Φ0.40*1根并绕7圈, 分三层并联绕线.5).变压器绕线结构及工艺.。

反激电源变压器设计

反激电源变压器设计

反激电源变压器设计一、变压器参数的选择反激电源变压器的核心参数包括输入电压、输出电压、输出功率和工作频率。

在设计反激电源变压器时,首先要确定输入电压和输出电压的数值,通常可以根据电子设备的需求进行选择。

然后,根据输出功率计算变压器的功率大小,一般情况下可以按照变压器的负载能力来选择。

最后,确定工作频率,一般常用的工作频率有50Hz和60Hz两种,可以根据具体的应用需求来选择。

二、绕线的计算1.确定绕组的匝数比反激电源变压器通常是多绕组变压器,其中包括输入绕组、输出绕组和反馈绕组。

输入绕组的匝数Np从输入电压和功率的关系中可以计算得到,公式为Np = Vin * Iin / P,其中Vin表示输入电压,Iin表示输入电流,P表示输出功率。

输出绕组的匝数Ns可以由输出电压和功率的关系计算得到,公式为Ns = Vout * Iout / P,其中Vout表示输出电压,Iout表示输出电流,P表示输出功率。

反馈绕组的匝数Nf可以根据设计需求确定,通常取决于反馈网络的设计。

2.计算绕组的截面积绕制反激电源变压器时需要考虑绕组的电流和电阻损耗。

根据电流密度J,可以计算出绕组的截面积A,公式为A=I/J,其中I为电流密度,J为截面积。

电流密度的取值可以根据设计经验或者具体的应用需求来确定。

另外,要考虑绕组的电阻损耗,可以通过计算电阻来确定。

3.确定绕组的材料反激电源变压器的绕组通常采用铜导线,因为铜导线有较好的导电性能和热稳定性。

在选择铜导线时,要考虑导线的直径、长度和截面积等参数,同时还要根据绕组的电流来选择合适的导线规格,以保证导线能够承受相应的电流负荷。

三、设计注意事项1.绕制绕组时要注意匝数的计算和绕线的排列方式,以保证绕组的结构紧凑和电感性能的稳定。

2.反激电源变压器中会产生电磁干扰,因此在设计时要合理布局绕组,减小磁感应强度的泄漏。

3.反激电源变压器的绕组要用绝缘材料进行绝缘处理,以避免电气短路和绝缘击穿现象的发生。

反激变压器设计详解

反激变压器设计详解

注意事项
• 选择合适的磁芯材料和绕组结构 • 遵循设计规范和行业标准
CREATE TOGETHER
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
反激变压器的分类与特点
反激变压器的分类
• 单端反激变压器:输入输出共用一个绕组 • 双端反激变压器:输入输出各有独立的绕组
反激变压器的特点
• 结构简单,易于集成 • 效率高,损耗较低 • 输出电压稳定,易于调节
反激变压器的主要应用场景
开关电源
• 直流电源转换为稳定直流 • 适用于电子设备、通信设备等
绕组损耗计算
• 根据绕组电阻、绕组电感和工作频率计算绕组损耗 • 考虑绕组绝缘材料和温度影响
反激变压器的效率计算与优化
效率计算
• 根据输入功率、输出功率和损耗计算效率 • 考虑效率计算精度和温度影响
优化方法
• 优化磁芯材料和绕组结构降低损耗 • 提高开关频率和输出电压提高效率
影响反激变压器效率的因素与改进措施
输出电压调整
• 通过改变开关频率或调整输出整流器实现输出电压调整 • 考虑输出电压稳定性和调节精度
输出电流调整
• 通过改变输出滤波器或调整负载实现输出电流调整 • 考虑输出电流稳定性和调节精度
03
反激变压器的损耗与效率计算
磁芯损耗与绕组损耗的计算方法
磁芯损耗计算
• 根据磁通密度、磁芯材料和工作频率计算磁芯损耗 • 考虑磁芯损耗系数和温度影响
• 根据输入电压、输出电压和开关频率计算磁通密度 • 考虑磁芯体积和磁通密度利用率
绕组的结构与匝数设计
绕组结构
• 选择合适的绕组形式,如单层绕组、双层绕组等 • 考虑绕组间距、绕组绝缘和绕组屏蔽

反激电源变压器的设计计算

反激电源变压器的设计计算

Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP A e
B1 IP1 B0 t0 t1
360mT
B2 IP2
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/N S 4.8625
对各个绕组
法拉第定律

t
t0
u (t ) dt N Ae [ B (t ) B (t0 )] N Ae B |( t t0 )
伏秒相等原则
VoltSecond N Ae B
le la N2 N1 i1
i N U
m
H le
对各个磁回路
= (Ids1+ Ids2)×(NP/NS ) × (1-D)/2
Vin
T1
Np
Id
Vo
= Vin/LP ×D × fsw 电感电流爬升
Ns
2015(杭州)《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
t2
B max
2015(杭州)《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
特定型号的磁芯: AL值vs气隙长度
2015(杭州)《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
EER28-Z PC95磁芯为例------应用讲解

反激电源变压器及关键元件参数设计

反激电源变压器及关键元件参数设计

反激电源变压器是一种常用的电源变压器,其工作原理是利用变压器的反转作用以实现能量的传递。

在电子设备中广泛应用,特别是在小功率电源供应中,以其高效、小体积、低成本等优势备受青睐。

在设计反激电源变压器时,关键元件参数的选择至关重要,直接影响到变压器的性能与稳定性。

本文将从反激电源变压器的设计要点和关键元件参数的设计角度入手,详细介绍如何合理选择关键元件参数,在保证性能的实现效率和可靠性的最大化。

一、反激电源变压器的设计要点1. 输入输出参数确定反激电源变压器的设计首先需要确定输入和输出的电压、电流参数。

输入参数主要包括输入电压范围、输入电流限制等,而输出参数涉及输出电压、输出电流等。

这些参数的确定需要考虑到实际应用场景和需求,以确保变压器在实际工作中能够稳定可靠地工作。

2. 磁芯选择磁芯是反激电源变压器中重要的材料之一,直接影响到变压器的工作效率和性能。

一般来说,高频电源变压器会选择磁芯材料具有低损耗、高饱和磁感应强度、低磁滞等特点的材料,如磁粉芯、铁氧体磁芯等。

3. 绕线设计绕线是构成变压器的重要组成部分,绕线的设计影响到变压器的电磁特性和功率传输效率。

在反激电源变压器中,需要合理设计绕线的匝数、线径等参数,以降低损耗、提高效率。

4. 开关管选择开关管是反激电源变压器中的关键元件之一,直接影响到变压器的频率、效率和稳定性。

在选择开关管时,需要考虑到其导通压降、开关速度、耐压能力等参数,以确保变压器的可靠工作。

二、关键元件参数设计1. 输入电感元件的参数设计输入端的电感元件是反激电源变压器中的重要元件之一,其参数设计直接关系到变压器的输入电流波形和功率因数。

- 选择电感元件的匝数时,应根据输入输出电压比例和工作频率来确定,一般来说,输入端的电感匝数可以通过输入输出电压比例的平方来估算。

- 选择电感元件的材料时,需要考虑到其导磁性能、损耗、饱和磁感应强度等因素,以确保电感元件能够在高频工作条件下保持良好的性能。

反激变压器设计过程

反激变压器设计过程

反激变压器设计过程反激变压器设计是电力电子领域中重要的设计工作之一,其主要应用于电源供电系统中的低功率电子设备。

反激变压器通过将输入电能进行储能,然后经过开关管的开关转换,输出所需电能,以达到升、降压的目的,同时实现电能的传输和转换。

第一步:确定设计参数:在设计反激变压器之前,首先需要明确设计要求和参数。

包括输入电压、输出电压、输出功率、工作频率等。

这些参数决定了反激变压器的尺寸、绕组参数和开关器件的选择。

第二步:计算变压器参数:根据设计要求和参数,计算出所需的变压器参数。

包括输入输出电压比、绕组匝数、绕组电流、铁芯面积等。

这些参数可以通过经验公式和设计手册进行计算,也可以通过电磁场仿真软件进行计算。

第三步:选择合适的铁芯材料:根据计算得到的铁芯面积和设计要求,选择合适的铁芯材料。

铁芯材料的选择需要考虑材料的磁导率、饱和磁感应强度、损耗等参数。

常用的铁芯材料有软磁合金、铁氧体等。

第四步:设计绕组参数:根据计算得到的绕组匝数和绕组电流,设计绕组的结构和参数。

包括导线截面积、绕组层数、绕组间隔、绕组材料等。

绕组的设计需要考虑到绝缘和散热等问题,确保绕组的安全和性能。

第五步:选择合适的开关管:根据设计要求,选择合适的开关管。

开关管的选择需要考虑到工作电压和电流、开关速度、导通压降、损耗等参数。

常用的开关管有IGBT、MOSFET等。

第六步:设计反激变压器的控制电路:设计反激变压器的控制电路,包括开关管的驱动电路和保护电路。

开关管的驱动电路需要保证开关管能够正确地切换和控制,保护电路需要保证开关管和变压器的安全和稳定工作。

第七步:进行电磁兼容性设计:在设计反激变压器时,需要考虑电磁兼容性问题。

包括电磁辐射和电磁干扰等问题。

通过合理的布局、绕组屏蔽和滤波设计,可以降低电磁辐射和电磁干扰。

第八步:进行样机制作和测试:根据设计结果制作样机,并进行测试。

通过测试得到的结果,可以对设计进行修正和优化,以进一步提高反激变压器的性能和可靠性。

反激变压器设计步骤及变压器匝数计算

反激变压器设计步骤及变压器匝数计算

1. 确定电源规格..输入电压范围Vin=85—265Vac;.输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;.变压器的效率ŋ=0.902. 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=4.5usToff=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+Vf)*(1-Dmax)*n.n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)]n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.644. 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+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/Ip1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax]=2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]=3.00AIp2=0.4*Ip1=1.20A5. 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]=250uH6.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=85WKo(窗口的铜填充系数)=0.4Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体),变压器磁通密度Bm=1500 Gsj(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=1.48cm2EER2834S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:Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12 取Np=36由Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,得:气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp=4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH)=0.556mm 取lg=0.6mm2). 当+5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax.Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np]=250*10-6*3.00/[85.4 mm2*36]=0.2440T=2440Gs <3000Gs因此变压器磁芯选择通过.8. 变压器次级匝数的计算.Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 取Ns1=3Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 取Ns2=7故初次级实际匝比:n=36/3=129.重新核算占空比Dmax和Dmin.1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc.由Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,得:Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)]=6*12/[6*12+100]=0.4182).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)]=6*12.00/[6*12.00+374.7]=0.1610. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms).1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K值. 设Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ(1)K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) (2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+Vin(min)* Ton(max)/Lp}=0.5*{2*73*10/[0.90*100*4.18]+100*4.18/250.0}=2.78AK=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2=[0.418/3*(2.782+1.112+2.78*1.11)] 1/2=1.30A11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算:当开关管截止时, 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.因此开关管截止时,初级峰值电流与匝数的乘积等于次级各绕组匝数与峰值电流乘积之和(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p).由于多路输出的次级电流波形是随各组负载电流的不同而不同, 因而次级电流的有效值也不同.然而次级负载电流小的回路电流波形,在连续时接近梯形波,在不连续时接近三角波,因此为了计算方便,可以先计算负载电流小的回路电流有效值.1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形:1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02 (3)Ls1*[Is2p –Is2b]/toff=V02+Vf (4)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 (5)由(3)(4)(5)式得: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]}=5.72AIs2b =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因此假设不成立.则+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形.令+12V整流管导通时间为t’.将Is2b=0代入(3)(4)(5)式得:1/2*Is2p*t’/T=I02(6)Ls1*Is2p/t’=V02+Vf(7)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 (8)由(6)(7)(8)式得:Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2=5.24At’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流:Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p=[3.817/3*10] 1/2*5.24=1.87A3).+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:Is1rms= Is2(rms)*I01/I02=1.87*10/1=18.7A12.变压器初级线圈和次级线圈的线径计算.1).导线横截面积:前面已提到,取电流密度j=5A/mm2变压器初级线圈:导线截面积= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2变压器次级线圈:(+5V)导线截面积= Is1(rms)/j=18.7A/5A/mm2=3.74 mm2(+12V)导线截面积= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm2=0.374mm22).线径及根数的选取.考虑导线的趋肤效应,因此导线的线径建议不超过穿透厚度的2倍.穿透厚度=66.1*k/(f)1/2 k为材质常数,Cu在20℃时k=1.=66.1/(100*103)1/2=0.20因此导线的线径不要超过0.40mm.由于EER2834S骨架宽度为22mm,除去6.0mm的挡墙宽度,仅剩下16.0mm的线包宽度.因此所选线径必须满足每层线圈刚好绕满.3).变压器初级线圈线径:线圈根数=0.26*4/[0.4*0.4*3.14]=0.26/0.1256=2取Φ0.40*2根并绕18圈,分两层串联绕线.4).变压器次级线圈线径:+5V: 线圈根数=3.74/0.1256=30取Φ0.40*10根并绕3圈, 分三层并联绕线.+12V: 线圈根数=0.374/0.1256=3取Φ0.40*1根并绕7圈, 分三层并联绕线.5).变压器绕线结构及工艺.。

反激式开关电源变压器的设计

反激式开关电源变压器的设计

反激式开关电源变压器的设计反激式开关电源变压器是一种常见的变压器类型,广泛应用于电子设备和通信设备中。

它具有体积小、效率高以及输出电压稳定等优点。

本文将分别从设计原理、工作方式和设计步骤等方面对反激式开关电源变压器的设计进行详细介绍。

一、设计原理二、工作方式反激式开关电源变压器的工作方式可以分为两个阶段:储能和传输。

在储能阶段,开关管打开,电流通过变压器一侧的绕组进行储能;在传输阶段,开关管关闭,储存的能量被转移到变压器另一侧的绕组上,最后输出所需的电压。

三、设计步骤1.确定输入电压和输出电压的需求。

根据实际应用需求确定输入电压和输出电压的范围。

2.计算变压器的变比。

根据输入电压和输出电压的比例计算变压器的变比N。

3.计算变压器的功率。

根据输出电压和输出电流计算变压器的功率,确保变压器能够承受所需的功率。

4.确定变压器的工作频率。

根据实际应用需求选择合适的工作频率,通常在20kHz到200kHz之间。

5.计算变压器的参数。

根据变压器的变比、工作频率和功率计算变压器的参数,包括绕组的匝数、铁芯的尺寸等。

6.选择合适的磁性材料。

根据变压器的参数选择适合的磁性材料,常用的材料有软磁合金和磁性氧化铁等。

7.进行原型设计和测试。

根据上述设计参数制作变压器的原型,并进行测试以验证设计结果的准确性。

8.进行参数调整和优化。

根据原型测试结果进行参数调整和优化,以实现更好的性能和效果。

9.进行批量生产。

当设计满足要求时,可以进行批量生产并进行产品验证和测试。

总结:。

反激变压器设计

反激变压器设计

反激变压器设计
反激变压器,也称为反激式开关电源,是一种非绝缘式开关电源拓扑结构。

反激变压器通过在主馈线上产生高频脉冲,经过变压器进行转换,从而实现电能的转换和传递。

反激变压器设计的关键要点包括输入滤波、开关电源控制电路、反激变压器设计等。

首先,输入滤波是为了将输入的交流电源进行滤波处理,阻止高频干扰信号进入开关电源。

一般采用电感和电容的组合进行滤波。

其次,开关电源控制电路是用来控制反激变压器的开关器件(一般为MOS场效应管或IGBT管)的开关频率和占空比。

通过合理的控制开关频率和占空比,可以实现对输出电压的控制。

最关键的是反激变压器的设计。

它包括步进变换器的变形设计、主变压器的设计、辅助电源的设计以及反压电路的设计等。

在设计过程中,需要根据输出电压和输出功率的要求确定变压器的参数,如匝数、电感值和绕组等。

在设计过程中,还需要考虑电路的稳定性和效率。

稳定性包括抗干扰能力和输出电压的稳定性,效率则涉及损耗和转化效率的优化。

总的来说,反激变压器的设计需要综合考虑输入滤波、开关电源控制电路和反激变压器的设计等要素,以实现稳定的电压输出和高效的能量转换。

反激式开关电源变压器设计

反激式开关电源变压器设计

反激式开关电源变压器设计反激式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构,具有体积小、效率高、负载适应性强等优点,因此在电子设备中得到广泛应用。

其中重要的组成部分之一是变压器,它起到了转换与隔离功效。

下面将详细介绍如何设计反激式开关电源变压器。

首先,设计反激式开关电源变压器需要确定的参数包括输入电压Vin,输出电压Vout,输出功率Pout,开关频率f,以及变压器变比n。

1.确定变压器的基本参数根据输出功率Pout和输出电压Vout,可以求得输出电流Iout,即Iout=Pout/Vout。

根据变比n,可以求得输入电流Iin,即Iin=Iout/n。

2.计算变压器的工作点电流为了保证变压器工作的稳定性和可靠性,需要计算变压器的工作点电流。

工作点电流最大值的计算公式是Ipk=(1.1-1.2)*Iin,其中1.1-1.2是一个经验系数。

通过计算得到的Ipk,可以计算得到变压器的直流电压Vdc,即Vdc=Vin*(1-1/n)。

3.计算变压器的直流电感为了保证变压器的工作效率和响应速度,需要计算变压器的直流电感。

直流电感的公式是L=Vdc/(f*(1-δ)*Ipk),其中f是开关频率,δ是开关管的占空比。

选择合适的直流电感可以有效降低功率损失。

4.计算变压器的绕组匝数根据变压器的变比n,可以计算得到变压器的绕组匝数。

若变压器的输入绕组匝数是N1,输出绕组匝数是N2,则变比n=N1/N2、根据变比n 和输入电压Vin,可以计算得到输出电压Vout,即Vout=Vin/n。

5.计算变压器的铜损耗和铁损耗变压器的铜损耗和铁损耗是设计中重要的参考因素。

铜损耗的公式是Pcu=Iin^2*R,其中Iin是输入电流,R是变压器的电阻。

铁损耗是根据变压器的磁通密度和磁场强度来计算的。

6.选择合适的变压器尺寸和材料根据以上计算的结果,可以选择适当的变压器尺寸和材料。

变压器的尺寸和材料直接影响着反激式开关电源的体积和效果,需要根据实际需求和设计要求进行选择。

反激式开关电源变压器设计说明

反激式开关电源变压器设计说明

反激式开关电源变压器设计说明反激式开关电源变压器是一种常见的电源变压器,能够将输入电压通过开关转换和变换输出为所需的电压。

它具有多种应用领域,如电子设备、通信设备、医疗设备等。

本文将详细介绍反激式开关电源变压器的设计原理、设计步骤以及注意事项。

一、设计原理开关管是控制开关电路导通和断开的关键元件。

当开关导通时,输入电压通过变压器传递到输出端,当开关断开时,输出端与输入端相隔离。

变压器用于变换电压。

它通常由两个或多个线圈绕制而成,主要包括输入线圈和输出线圈。

输入线圈与开关管相连接,负责将输入电压传递到输出线圈。

输出线圈则负责变换电压。

滤波电路用于对输出信号进行滤波,减小波动和噪音。

二、设计步骤1.确定输入电压和输出电压:首先需要明确所需的输入电压和输出电压。

这将决定变压器的变比。

2.选择合适的变压器:根据所需的变比,选择合适的变压器。

变压器的选取应基于电流容量和功率需求等因素。

3.计算变压器的线圈数:根据变压器的变比和输入输出电压,计算输入线圈和输出线圈的匝数。

同时,考虑变压器的耦合系数和数量线圈相对位置等因素。

4.确定开关管和开关频率:根据输入电压、输出电压和功率需求,确定合适的开关管。

同时,选择合适的开关频率,以避免电磁干扰。

5.设计滤波电路:根据输出电压的要求,设计合适的滤波电路。

滤波电路可以使用电容、电感和抗干扰电路等组成。

6.确定电源保护电路:为了保证电源的稳定性和可靠性,设计合适的保护电路,如过流保护、过压保护、短路保护等。

7.进行仿真分析:使用电路仿真工具,对设计的电源变压器进行仿真分析,检查电源变压器的性能和特性。

8.制作和测试:按照设计的电路图,制作电源变压器,并进行测试。

测试包括输出电压稳定性、效率和波动等。

三、注意事项1.选择适当的变压器:变压器应能满足所需的电流容量和功率需求。

同时,应注意变压器的质量和耐用性。

2.稳定性和可靠性:电源变压器应具有良好的输出电压稳定性和可靠性。

反激电源变压器的设计计算

反激电源变压器的设计计算

反激电源变压器的设计计算设计计算步骤如下:1.确定输出功率输出功率是变压器设计中最基本的参数之一,通常由应用需求决定。

假设需要设计一个输出功率为P的反激电源变压器。

2.确定输入电压和输出电压输入电压和输出电压决定了变压器的变比。

输入电压一般由市电电压决定,而输出电压则由应用需求决定。

根据这两个电压的比值即可确定变压器的变比。

3.计算变压器变比变压器变比计算公式为:变比=输出电压/输入电压4.选择变压器铁芯选择合适的变压器铁芯非常重要,它直接关系到整个系统的效率和功率损耗。

铁芯的材料、截面积、磁导率等都需要进行合理选择,以满足设计要求。

常见的变压器铁芯材料有硅钢片和铁氧体材料。

5.确定变压器的耦合系数耦合系数是变压器设计中一个重要的参数,其表示输入线圈和输出线圈之间的耦合程度。

耦合系数越高,能量传输效率越高。

6.计算变压器线圈的参数根据输入电压、输出电压、输出功率和变压器变比,可以计算出变压器的线圈参数,包括匝数、导线直径、线圈长度等。

7.计算变压器的磁芯参数根据变压器输入电压、输出电压、输出功率、变压器变比和耦合系数等参数,可以计算出变压器的磁芯参数,包括磁芯直径、磁芯长度、铁芯损耗等。

8.进行电磁设计验证通过电磁仿真软件对设计的变压器进行验证,检查电磁参数是否满足设计要求。

如果不满足,需要进行适当的调整和优化。

9.进行热设计验证通过热仿真软件对变压器进行热设计验证,确保变压器在工作过程中能够正常散热,不产生过热现象。

10.制作和测试样品根据设计结果制作变压器样品,并进行测试验证。

根据测试结果,如果有需要,可以对变压器进行进一步的优化和调整。

在设计计算过程中,还需要考虑一些其他因素,如绝缘材料、输出功率的稳定性等。

同时还需要考虑应用场景,有时还需要进行EMC设计,以确保变压器在工作中不会产生干扰。

因此,反激电源变压器的设计计算是一个复杂且需要综合考虑众多因素的工作。

反激式变压器设计介绍

反激式变压器设计介绍

1〕反激式变压器设计介绍2〕电源设计所需的标准3〕变压器设计步骤输出功率(Po)计算的是总的输出功率。

根据Po 变压器的初级电感可由下式计算出。

DVO + VD 1 −m此处 Vo 是次级输出电压,VD 是次级输出整流管的正向压降。

一个好的方法是先计算次级每SB VO + VD伏的匝数,依此可计算出初级的匝数。

辅助绕组的匝数 NB 可依下式算出。

初级平均电流 Iav 可由假定效率η,所需总输出功率 Po 及最小直流总线电压 Vmin 算出。

P= OL AV ×ηVmin所需初级峰值电流Ip 可由下式算出PI =I A V × 2 D图 2 给出不连续模式初级电流波形。

可以看出在t1 导通期间有一斜坡电流,其上升斜率受直流总线电压和初级电感Lp 控制,最终达到刚才所计算的峰值电流值Ip。

在t2 关断期间初级无电流流过。

在I=Ip 处出现峰值磁通。

由于IR40xx 是自准谐振电路,t1 与t2 的转换依赖于输出负载和输入电压。

计算时我们可采用变压器最坏情况下的最低频率,最低直流总线电压和最大负载不连续反激电路初级电流波形根据初级RMS 电流I rms 能够算出所需导线线径,见下式。

下一步是计算所需磁芯尺寸和气隙。

首先选择磁芯尺寸,可以应用第五部分给出的磁芯类型和尺寸选择适当的功率等级。

根据下式由有效截面积Ae(cm²)计Bm= N p× I p ×A LG10×Ae一个可选方法是由Bm(如2500)计算所需磁芯的最小Ae.见下式。

A = N P × I P ×LGA e B10 ×m 通过改变次级匝数(Ns)可使Bm 在所需范围内,也可直接改变初级匝数µ = LA× Ler A0 4. π × e × 10 4)变压器结构。

第9章_反激式变压器的设计

第9章_反激式变压器的设计

选择最小的变压器尺寸
变压器的尺寸为: AP=Ae×Ac=(Pt×106)/ (2×η×f×Bmax×d×Km×Kc) 这里的, Pt:输入及输出功率的平均值,W; Bmax:Bmax=Bsat/2; d:d=4~5A/mm2; Km:窗口的铜填充系数,0.4; Kc:铁氧体的磁心系数,1。 小功率Ae的估算经验公式在第五章有说明。
变压器的原理图
变压器制作工艺
变压器其他参数设定






1、选用新康达EF20磁芯;选用鑫雄辉EF20的10脚(脚间距为 3.75±0.3mm,两排之间的跨距为 15.5±0.5mm)卧式标准 骨架(长*宽*高为:22*22*18.5mm); 初级的电感量(1-4脚)为1.3mH;漏感LK≤30uH; 高压测试时, AC 3500V,60 秒状态下, N1/N3 与 N2/N5 之间 的电流小于5mA(“ / ”表示测试时相互短接); 绕 组 之 间 的 绝 缘 电 阻 ≥ 1 0 0 MΩ;N1/N3 与 N4 之 间 耐 压 ≥AC500V;变压器的底部要用绝缘胶布缠绕,防止漏电; 按顺序绕制,先绕 N1(40TS),再绕 N2/N5(6TS)(注意 这里的 N2 和 N5 是同时并绕的),再绕 N3(40TS),最后绕 N4(10TS); 侧面贴标签,并标注生产日期;随样品提供确认书及测试报告;

计算变压器的次级匝数

其次级匝数为: Ns=(Np*(Vout+Vd)×(1Dmax))/(Vinmin×Dmax)
计算变压器的线径


变压器的线径计算是有规定的,特别是 反激式电源变压器更应该注意?
自然冷却时d=1.5~4A/mm2,强迫冷 风时3~5A/mm2。 在不同的频率下选取d也是不同的,在 200KHz以下时,一般为4~5A/mm2, 在200KHz以上时,一般为 2~3A/mm2。

绝缘型反激式转换器电路设计:变压器设计(构造设计)

绝缘型反激式转换器电路设计:变压器设计(构造设计)

绝缘型反激式转换器电路设计:变压器设计(构造设计)在计算前项的数值后,接着进入变压器T1的构造设计的阶段。

对平时只设计电子部件的人们来说,组合铁芯和骨架、绕组,且必须具备经验法则的变压器设计,简直就像是异世界一样。

而且,变压器是电源设计,尤其是AC/DC转换器、绝缘转换器非常重要的部件,因此至少要理解其步骤和进行讨论。

变压器T1的构造设计依照以下的步骤进行。

①骨架选定②有效绕线槽的确认③决定绕组构造④沿面距离和绝缘胶带⑤线材的选定⑥接线图、层构造、绕组规格⑦决定变压器规格本项“其1”将说明①~④,下一项“其2”将说明⑤~⑦。

① 骨架的选定骨架如图所示,分成立式、卧式(视铁芯尺寸而定,只能选择其中一种)。

依照高度和安装面积来选定使用哪一种。

此外,引脚数也是考虑因素之一。

表格内是利用计算数值项目所计算出来的匝数。

只能选择绕组匝数的引脚数。

② 有效绕线槽的确认其次,从骨架的规格计算有效的绕线槽。

红色箭头所指的图片斜线部分,是实际上能够卷绕组的区域。

这个区域会因骨架而异,因此请使用骨架的图纸仔细确认。

照片是实物,红色箭头部分为有效绕线槽。

此次选择的铁芯、JFE EER28.5为J=16.6mm、H=4mm。

③ 决定绕组构造绕组构造对变压器的特性影响很大。

这里介绍2中构造。

左侧是最为简单的构造。

层数少具有成本优势,但各绕组只有1层,匝数多达34圈的Np绕组一层绕不下,绕2层或3层结合度变差。

引脚数单侧4个即可。

该构造适用于输出功率小,以及限制骨架引脚数单侧4个时。

右侧是称为夹心绕组构造。

本构造利用初级绕组Np1和Np2包夹其他绕组,提升初级绕组和其他绕组的结合度。

但是,层数增加,绕线槽的厚度随之增加,骨架的引脚数最低单侧5个。

关于绕组构造没有标准答案。

增加其他特性时,应该花费一些时间试作,实际演练,在实际基板布局中与其他部件构成电路,边确认特性,边根据规格找出优化的构造。

④ 沿面距离和绝缘胶带考虑到符合安全规范,必须根据变压器一次侧-二次侧之间的沿面距离,确保绝缘。

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26.5W AC/DC Isolated Flyback Converter DesignTASK : 26.5W 9-Outputs AC/DC Isolated Flyback Converter Design SPECIFICATION: Technical Specification on Sept 10, 2008DATE: 15 Sept. 2008Customer Specificationf L 100Hz :=Line frequencyfs 100kHz:=Switching frequencyVo 1 5.0V :=Main output voltage Io 1_max 2A :=Main Nominal load currentVo 215.0V :=Io 2_max 30mA :=Vo 315.0V :=Io 3_max 30mA :=Vo 415.0V :=Io 4_max 0.3A :=Vo 524.0V :=Io 5_max 0.1A :=Vo 618.0V :=Io 6_max 0.12A :=Vo 718.0V :=Io 7_max 0.12A :=Vo 818.0V :=Io 8_max 0.12A :=Vo 918.0V:=Io 9_max 0.12A:=+5V Output ripple voltageVr 100mV:=+5VStep load output ripple voltageΔVo step 150mV :=ΔIo 5V Io 1_max 80⋅%:=+5V Step load current amplitudeη0.70:=Definition Of Symbolsu t ()Φt ():=Unit step functionm Ω103−Ω:=MilliohmMillisecondMicrosecondNanosecondMilliwattsmJ 103−J :=MillijouleμJ 106−J :=MicrojouleNanocoulombMicrometerμo 4π⋅107−⋅H m 1−⋅:=Permeability of free spaceρθ() 1.72410.0042θ20−()+[]106−Ωcm ⋅:=Resistivity of copper at θ degCComponent SummaryPrimary FET - IRFBC30A - 600V, 3.6A, 2.2Ωζirfbc30a 1.7:=Channel resistance elevation factor to 100 degCRon irfbc30a 2.2Ωζirfbc30a ⋅:=Channel resistance at 100 degCQg irfbc30a 23nC :=Total Gate charge at Vgs of 10VVgMiller irfbc30a 5.5V :=Gate Miller plateau from Gate Charge CurveVth irfbc30a 4.5V :=Gate threshold voltageVds irfbc30a 25V :=Vds test voltage for capacitance valueCrss irfbc30a 3.5pF :=Reverse transfer capacitance at Vds of 25VCiss irfbc30a 510pF :=Input capacitanceCoss_eff irfbc30a 70pF:=Effective output capacitanceAmerican Wire Gauge Table FormulaeAWG 1011, 40..:=American wire gauge rangeDiameter of bare copper wireDiameter of wire with heavy insulationBare copper cross section areaResistance per unit length of AWGConverter ParametersConverter period :=Nominal input voltage Vg nom220V:=Minimum input voltage ⋅−Vg min Vg nom120%()=Vg min176V⋅():=Maximum input voltage Vg max Vg nom120%+=Vg max264VP out1Vo1Io1_max⋅:=++Vo3Io3_max⋅⋅Vo2Io2_maxP out2Vo4Io4_max:=+⋅Vo5Io5_max⋅P out3Vo6Io6_max⋅:=+Vo9Io9_max++Vo8Io8_max⋅⋅Vo7Io7_max⋅P out P out1P out2:=+P out3+=P out26.44WInput Capacitor and Minimum Input DC VoltageC in79.32μF=T C 2ms :=Estimated valueD ch T C f L⋅:=D ch 0.2=V MIN 236.45V=Minimum input DC voltageC in 78.322μF =V MAX 373.352V=D max 0.45:=Set maximum duty cycle at minimum input voltageV RO 193.459V=V DS V RO V MAX +:=V DS 566.811V=Check Vds of primary MOSFETPrimary Current Calculation=Ip AVG0.16A=I P0.71A=Ip RMS0.275A=L m 1.499mHPrimary Inductance with Energy Transform Point L m 1.499mH=Primary Inductance with Core Saturated Point L m1 1.499mH=:=B m1500gauss:=Winding Utilized FactorK W0.15K J 5A ⋅mm2−⋅:=AP 0.635cm4=AP20.52cm4=AP30.492cm 4=AP40.26cm4=Power Transformer - EER28L/PC40 from TDKAe EER35107mm2:=Effective cross section areaAw EER35152.7mm2:=Winding area base on BEER35-1112CPFR standarbobbinAP EER35Ae EER35Aw EER35⋅:=AP EER35 1.634cm4=Wt EER3552g:=Ae EE3589.3mm2:=Effective cross section areaAw EE3588.7mm2:=Winding area base on BEE35-1112CPLFR standar bobbinAP EE35Ae EE35Aw EE35⋅:=AP EE350.792cm4=Wt EE3557g:=Ae EE3283.2mm2:=Effective cross section areaAw EE3288.8mm2:=Winding area base on BEE33-1112CPLFR standar bobbinAP EE32Ae EE32Aw EE32⋅:=AP EE320.739cm4=Wt EE3232g:=Ae EE30109mm2:=Effective cross section areaAw EE3044.5mm2:=Winding area base on BE30-1110CPFR standard bobbinAP EE30Ae EE30Aw EE30⋅:=AP EE300.485cm4=Wt EE3032g:=Ae EER28L 81.4mm2:=Effective cross section areaAw EER28L 96.3mm2:=Winding area base on BEER28L-1110CPFR standa bobbinAP EER28L Ae EER28L Aw EER28L⋅:=AP EER28L 0.784cm4=Wt EER28L 32g:=μi PC402300:=Initial permeability of PC40 core materialVe EER28L 6150mm3:=Core volumele EER28L 75.5mm:=Effective path lengthAL EER28L_PC402520109−H ⋅:=Nominal inductance of ungapped core setTape 0.06mm:=Wrapping tape thicknessMLT EER28L 2 3.14⋅7.0⋅mm :=Average length of turnAvailable winding heightBw EER28L 212.53⋅mm:=Available winding breadthGeometrical constant of corePower Transformer Flux Swing With EER28L-PC40 from TDKV F 0.5V:=Transformer primary to secondary turn ration 35.174=I plim 1.35I P⋅:=I plim 0.958A=Bs PC403500gauss:=Select number of secondary turnBr PC40500gauss:=ΔB PC4048%Bs PC40Br PC40−()⋅:=ΔB PC40 1.44103×gauss=Np min 50.419=Np cal 90.775=Np 106:=Ns1cal 3.014=Primary no of turnsNs1round Ns1cal():=Ns13=V F20.7V:=V cc 14V:=N Vc 8=Ns29=Ns39=Ns49=Ns513=Ns610=Ns710=Ns810=Ns910=Verification of Design ParametersV ROact n act Vo 1V F+()⋅:=V ROact 194.333V=Vds on 0.5V:=D maxact 0.452=D minact 0.343=Vds act V MAX V ROact+:=Vds act 567.686V=l g 0.726mm=Nom inductance with ungapped core set Lm act 1.514mH=Ip act0.705A=Bm0.124T=Ip act0.845A=Bm0.148T=Bpp max maxBpp V MAX()Bpp V MIN()⎛⎜⎜⎝⎞⎟⎟⎠⎛⎜⎜⎝⎞⎟⎟⎠:=Bpp max0.148T=Check flux density of transformerPower Transformer Winding Currenti p V MIN()0.705A=D1off0.311=I1sp12.842A=I1RMS 4.138A=I1AVG2A=Cp2:=Number of switching pulse todisplayD2off0.066=I2sp0.908A=I2RMS0.135A=I2AVG0.03A=D3off0.066=I3sp0.908A=I3RMS 0.135A=D4off 0.209=I4sp 2.872A=I4RMS 0.758A=D5off 0.138=I5sp 1.452A=I5RMS 0.311A=D6off 0.134=I6sp 1.791A=I6RMS 0.378A=Evaluate Possible Wire GaugeWindow area should be allocated according to the apparent current of individual windingIp RMS V MIN ()0.274A=Kcu trf 0.2:=Window fill factorS m 2.5mm:=Safety creepage distanceAw Bw EER28L 2S m ⋅−:=Available bobbin breadthAw 20.06mm=Primary winding Np 6Secondary winding Ns1Ax pri 0.182mm 2=Ax s10.713mm2=Dx p 0.322mm =Dx s10.322mm=turn_per_layer pri 62=turn_per_layer s15=Primary winding Np Secondary winding Ns1layer pri 2=layer s11=StackUp pri layer pri Dx p Tape +()⋅:=StackUp sec 9layer s1⋅Dx s1Tape +()⋅:=StackUp pri 0.764mm=StackUp sec 3.437mm=TotalStackUp va StackUp pri StackUp sec +5Tape ⋅+:=TotalStackUp va 4.501mm =Resistance per unit length at 100 degCRw pri Rx 10028, ():=Rw s1Rx 10028, ():=Rw pri 2.831103−×Ωcm1−⋅=Rw s1 2.831103−×Ωcm1−⋅=The dc resistance is thenRdc pri MLT EER28L Rw pri ⋅Np ⋅:=Rdc pri 1.319Ω=Rdc s1 3.111m Ω=The ac resistance isδskin0.211mm =Rac pri 2.011Ω=Rac s1 4.742m Ω=Transformer Copper LossPcu tx V MAX ()0.809W =Pcu tx V MIN ()0.787W=Transformer Core Loss EstimationCore loss estimation based on empirical curve fit formula and fit parameters from TDK for PC40 material data within a frequency range of 100 to 200kHz, assumming transformer temperature of 100 degC.C m 0.928:=x 1.61:=y 2.68:=Pcore tx V MAX ()0.6W =Transformer core lossPcore tx V MIN ()0.37W=Total Transformer LossesP tx Vg ()Pcu tx Vg ()Pcore tx Vg ()+:=P tx V MAX ()1.409W =Power transformer loss at high line, FLP tx V MIN ()1.157W=Loss at low line, FLSecondary Rectifier Stress=Vs1diode15.567V=Vs2diode46.7V=Vs3diode46.7V=Vs4diode46.7V=Vs5diode69.788V=Vs6diode53.222V=Vs7diode53.222V=Vc diode42.178VPd rectifier V F Io1_max+4V F2⋅Io6_max :=⋅+⋅⋅⋅⋅V F2Io2_max+V F2Io5_max+V F2Io3_max⋅+V F2Io4_max=Pd rectifier 1.658WOutput Filtering Capacitance StressC out12200μF :=ESR 15m Ω:=C out2220μF :=ESR 220m Ω:=C out3220μF :=ESR 320m Ω:=C out4440μF :=ESR 410m Ω:=C out5220μF :=ESR 520m Ω:=C out6220μF:=ESR 620m Ω:=Is1cap 3.623A=ΔV s10.068V=Is2cap 0.131A=ΔV s20.019V=Is3cap 0.131A=ΔV s30.019V=Is4cap 0.696A=ΔV s40.032V=Is5cap 0.295A==ΔV s50.031V=Is6cap0.359A=ΔV s60.038VCapacitance requirement - Transient response dependence⋅:=Assume delay time before converter response to a τ15Tschange in load currentCapacitive voltage change due to load step ⋅=Voltage change across esr due to a load step ΔVo esrΔIo Resr=Output voltage change due to a load step ignoring ΔVoΔVo capΔVo esr+effect of ESLCapacitance required for a voltage deviation of ΔVowith say Resr:=Select number of capacitor required no_of_cap1=Effective ESR with capacitor chosen Resr5mΩCapacitor ripple current and effective current handling capacityAC rms current seen by cap=ΔIcap 3.623AOutput ripple voltage with selected capacitorsΔVr I1sp ESR 1⋅:=Output ripple voltage due to esrΔVr 64.21mV=Maximum output voltage ripple at room temperaturAt low temperature, esr of capacitor changes significantlyResr lotemp Resr 2⋅:=Resr lotemp 0.01Ω=ΔVr lotemp ΔIcap Resr lotemp ⋅:=ΔVr lotemp 0.036V=Maximum output ripple at low temperatureκripple 63.775%=Ripple voltage design margin at low temperature Step load ripple voltageCo min no_of_cap C out1⋅110%−()⋅:=Voltage change due to step loadΔVo 0.137V=κstep 8.525%=Step response ripple deviation design margin at low temperatureEstimate Power Loss In Capacitor ESRPesr V MAX ()5.468mW=Design RCD SnubberLp leak Lm act 0.2⋅%:=Lp leak 3.028μH=Vsn 220V:=Maximum snubber capacitor voltageK Vsn 5%:=V ROact 194.333V =Psn RES 0.926W=Rsn 52.244K Ω=Csn 3.828nF=Primary FET Voltage StressVds max Vg ()Vg Vsn 1K Vsn+()⋅+:==Peak switch voltage stress at high line Vds max604.352VPrimary Switch CurrentMain FET conducts the transformer primary currentIQ Vg t , ()I mosfet Vg t , ():=Main switch currentMain switch rms currentMain switch peak currentPrimary FET Loss Estimation - IRFBC30AGate drive lossV gate 10V:=Gate drive voltageP gate V gate Qg irfbc30a ⋅fs ⋅:=P gate 0.023W =Gate drive lossSaturation lossPQ on Vg ()IQ RMS Vg ()2Ron irfbc30a ⋅:=PQ on V MAX ()0.305W =Saturation loss at high line, FLPQ on V MIN ()0.28W =Output capacitance lossPQ cap Vg max ()0.244W=Output capacitance loss at high lineSwitch lossV plt VgMiller irfbc30a:=Gate Miller plateau voltage V th Vth irfbc30a:=Gate threshold voltage R gate 5.6Ω:=Gate series resistorGate current that charges the input capacitancefrom from gate threshold to VpltIga0.893A=Gate current that discharge Miller capacitance Crsswhen drain voltage starts to fall to zeroIgb0.804A=PQ switch_on V MIN()7.556103−×W=PQ switch_on V MAX()0.016W=Assumming the same order of magnitude for the switch turn off lost with a fast turn off gate drive circuit, the total switch loss is,PQ switch Vg()2PQ switch_on Vg()⋅:=PQ switch V MIN()0.015W=PQ switch V MAX()0.031W=Total transitional loss at high line, FLTotal Primary FET lossPQ Vg ()P gate PQ on Vg ()+PQ cap Vg ()+PQ switch Vg ()+:=PQ V MIN ()0.514W =PQ V MAX ()0.847W=Primary switch losses at high line, FLDesign Feeback Control LoopBode Plot of Power Stageωn ()2π⋅f n ()⋅:=Small signal moel with feedfoward of UCC2570Small signal model of DCM flyback converter operated in voltage mode controlf z114.469KHz=f z2V MIN()218.443KHz =f z2V MAX ()413.81KHz=f o V MIN ()1.69KHz=f o V MAX ()2.026KHz=G pwrmin ω()G pwr V MIN ω, ():=P pwrmin ω()P pwr V MIN ω, ():=G pwrmax ω()G pwr V MAX ω, ():=P pwrmax ω()P pwr V MAX ω, ():=Loop stability criteriaHow to arrange the crossover frequency?It is the best with as high as possible bandwidth. But the crossover frequency is limited by the parameters:1. Sampling theory limit the crossover freqency not to over 1/2operation frequency.2. The effect fo right plane zero which is changed followed with input voltage, load, and filtering inductance. It can't be compensated.Therefore, the bandwidth shall be far away the right plane zero,1/4--1/5 of RHZ.3. The limitation of error amplifier bandwidth. 1/6-1/10 of operation frequency.fc 7.281KHz =Phase 169.073−=Because of LC resonant at the output, the phase big change and close to 180 degree. As a result, the compensation of type III will be used to boost the phase.Zero-pole arrangement:1. 1st pole at the origin to boost the gain at the low frequencies.2. 2 zeros at LC resonant point.3. 2nd pole at the output capacitor esr zero.4. 3nd pole at the RHZ.Bode Plot of Error AmplifierK-Factor Method:ϕm45 :=P shift360ϕm−:=P shift315=P errorpermitted P shift Phase+:=P errorpermitted145.927=K fac 4.016=f z4f z3:=f z30.747KHz=f p2fc K fac⋅:=f p3f p2:=f p212.049KHz=G pwr.fc G pwr V MIN2πfc⋅,():=G pwr.fc18.471=G error.fz330.547−=R120K Ω:=R20.594K Ω=C20.022μF=C10.359μF=C30.011μF=R3 1.24K Ω=:=()G compfc G comp2πfc⋅=G compfc18.471−Bode Plot of Closed-LoopT loop V in ω, ()T comp ω()T pwr V in ω, ()⋅:=G maxmax ω()G loop V MAX ω, ():=G minmax ω()G loop V MIN ω, ():=P minmax ω()P loop V MIN ω, ():=P maxmax ω()P loop V MAX ω, ():==−Phase loop135Margin180Phase loop+=:=Margin45rd dd ardSecondary winding Ns4Ax s40.238mm2=Dx s40.322mm=turn_per_layer s420=Secondary winding Ns4layer s41=Rw s4Rx10028,():=Rw s4 2.831103−×Ωcm1−⋅=Rdc s437.331mΩ=Rac s456.905mΩ=re w06。

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