PWM单端反激式变压器的设计原理分析

单端反激式变压器的设计原理分析 一、设计举列1: 1.高频变压器的参数设计

本没计的目标是完成一个交流输入电压范围为220(1±20％)V ，输出为24V ／500mA 、±15V／600mA 、5V ／2A 的多级输出，效率η=75％,最大占空比D=O ．5,工作频率f=50kHz 的开关稳压直流电源。 单端反激式工关电源中变压器不仅作为变压器使用，同时又作为储能电感，它的设计方法与其他类型的变压器不同。其设计参数丰要有以下3项:

(1)求出原边绕组电感量；

(2)选择规格、尺寸合适的高频变压器磁芯； (3)计算原副边绕组匝数。

1.1: 计算原边电感量Lp 及变压器气隙δ

考虑到输入电压有±20％的波动，即要求该单端反激开关电源在交流电压180～260V 范围内都能正常工作。 输出功率Po=24×0.5+15×0.6×2+5×2=40W 取反激变压器最大占空比Dmax=0.5

Vs 应取最小值:Vs(min)=180×1.4-20=232V 其中20V 为直流纹波及整流桥压降之和。 初级绕组流过的峰值电流Ip 为式中:

I p =2∗P0

V s ∗D max

(1)

I p =

2∗40232∗0.5

=0.69A (2)

假设电压Vs 波动下限为7％,Vs(min)232(1-0.07)=216V,则

次级绕组的电感: L p =

V s （min ）∗ D max ∗ T

I p

(3)

L p =

216∗0.5

0.69∗50∗10

3

=3.13mH (4)

即工作磁感应强度变化值取饱和值Bs 的一半，查阅R2KB 铁氧体磁性能

表可知，其饱和磁感应强度Bs=3500GS，则:△B▲=1

2

Bs=1750Gs, 磁芯有效截面积A=97．25mm2代入各值计算可得其所需气隙长度可由下式计算式中:Ae为磁心有效截面积

δ= 0.4∗∏∗L p ∗I p2

A e △B210−8

=

1.871

2.978

=0.63mm （5）

1.2: 次级绕组匝数

初级绕组匝数计算公式为

N1= L p ∗I p

A e∗△B

∗108=

3.13∗ 0.69

97.25∗ 1750

∗108=128 (6)

将4．1中得到的各量代入得N1=128匝。

次级绕组匝数的计算公式(24V) 式中:VD为整流二极管正向压降。代入数据，

N2=(V0 +V D)∗(1−D max)∗N1

V S(min)D max =(24+1)∗(1−0.5)∗128

232∗0.5

(7) =13.79

次级绕组取N2=14匝。

取UC3842的工作电压为15V，式中的lV为整流管的导通压降。

N6=15+1

24+1

∗N2=8.96 (8)

则反馈绕组取9匝，

二、设计举列2:

1.设计参数要求

①输入电压有±30％的波动，即要求该单端反激开关电源在交流电

压154～286VAC范围内都能正常工作。

②输出负载有4组,其中三组互相隔离

24VDC 0.2A

24VDC 0.2A 12VDC 1.5A 15VDC 0.4A

2. 功率、直流电压、输入电流、输出负载、空气隙、电容值的确定 ①输出功率:

Po = 24×0.2+24×0.2+12×1.5+15×0.4 = 33.6 (W)

②输入总功率: P i =

P0η

=

33.60.85

=39.5W (η=85%) (1)

③输入最低和最高直流电压:Vmin = 154*1.414

= 217.756V

Vmax = 286*1.414 = 404.404V ④输入有效电流: I ds =

P i V min

=

39.5

217.756

=0.181(A ) (2) ⑤输入最大电流: I max =

I ds D max

=

0.1810.4

=0.4538 (A ) (3) ⑥输入回路平均电流:

I dc =I ds ∗D max =0.181∗0.4

=0.0724 (A ) (4) ⑦空气隙: δ=

4∏∗10−7∗N 12∗A e

L p

=

4∏∗10−7∗942∗111.24

2.452

=

1.2345

2.452

=0.4898 (mm ) (5)

⑧电解电容:C201 = 2* Pi

= 80μf/450V (实际选用:C201= 68μf/450V) 对于5-10W 的开关电源,电容可选4.7∽10μf 。

10-50W 的开关电源,按2.0∽3.0μf/W 的容量选用。

50-100W 的开关电源,按2.5∽3.5μf/W 的容量选用。

如果滤波电容容量太小,则会使直流电压纹波太大,容易引起开关管损坏,导致功率因数下降,谐波含量增加,电容器静电容量的允许偏差可为±10%,最好为±5%。C>47μf,一般要求漏电电流:I<3*(CU )1/2 (μA)

⑨电容的负载电阻 R lc =

V min I dc

=

217.7560.0724

=3007.6(Ω) (6)

3.工作频率和周期的确定 ① f =

1.72∗103R t C t

=

1.72∗10310∗103∗

2.2∗10−6

=

1.72∗105

2.2

=78.18KHz (7)

② T =

1f

=

178.18Khz

=12.79(μs ) (8)

4.占空比和导通时间的确定 ①占空比

最大占空比Dmax<0.5, 故选 Dmax=0.4 ②导通时间

T ON =T ∗Dmax =12.79∗0.4

=5.11(μs) (9) 5.铁氧体磁芯的选型和介绍

①铁氧体磁芯型号:EI32,制作时空气隙每边各留0.5mm 。 ②EI32磁芯尺寸:B = 21.5(mm) C = 10.8±0.2 (mm)

D = 10.8±0.2 (mm)

③磁感应强度:Bs = 2000GS

④磁芯有效截面积:Ae = C*D(mm2)

= (10.8)*(10.8-0.5)

= 111.24 (mm2)

⑤窗口面积:Be = (B-C)/4*D

= (21.5-10.8)/4*10.8 = 28.89(mm2)

6.计算变压器初、次级绕组匝数和输出电压Vs ①确定初级绕组N1的匝数和电感量

饱和磁通密度在100℃时,查表Bs=286(mT),对一般形状、材质 的铁氧体,当工作频率78.18KHz 时,65%的饱和值△Bs=286*0.65