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今天講下變壓器的設計方法!變壓器的設計方法有多種,個人感覺適合自己的才是最好的,選擇一個自己最熟悉的,能夠理解的才是最好的!
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內 容:
<P> 今天講下變壓器的設計方法!變壓器的設計方法有多種,個人感覺適合自己的才是最好的,選擇一個自己最熟悉的,能夠理解的才是最好的! </P> <P> 先介紹下一種設計方法: </P> <P> 1.先確定輸入電壓。 </P> <P> 一般是按照最低輸入直流電壓計算VINmin計算 </P> <P> a.要是直流輸入按直流的最低輸入來計算; </P> <P> b.要是輸入為交流電,一般對于單相交流整流用電容濾波,直流電壓不會超過交流輸入電壓有效值的1.4倍,也不低于1.2倍。 </P> <P> 例如,全范圍交流輸入85-265VAC的電源,一般按85VAC時計算,那VINmin=85*1.2=102V,一般會取整數按100VDC計算。 </P> <P> 2.確定導通時間ton。 </P> <P> 導通時間ton=T*D,T為周期 T=1/f,D為最大占空比,一般在最低輸入電壓的時候,D會最大,保證輸出穩定。注意大的占空比可以降低初級的電流有效值,和MOS的導通損耗,但是根據伏秒法則,初級占空比大了,次級的肯定會小,那么次級的峰值電流會變大,電流有效值變大,會導致輸出紋波變大!所以,一般單端反激拓撲的占空比選取不要超過0.5。而且一般的電流控制模式,占空比大于0.5要加斜率補償的,對調試是個難度。還有一重要的是你的占空比決定你的匝比,匝比決定啥,嘿嘿,反射電壓VF,忘了再去上邊看下,再加上你漏感引起的尖峰,最終影響你MOS的耐壓。占空比越小匝比越小,反射電壓VF越低,MOS的電壓應力小。反之MOS的電壓應力大,所以占空比要考慮好了。要保證再最高電壓下你的VDS電壓在MOS的規定電壓以下,最好是降額使用,流出足夠的余量來!例如,電源的開關頻率為100K,最低輸入時的最大占空比為0.4,那T=1/100000=10μS,那么ton=0.4*10μS=4μS。 </P> <P> 3.確定磁芯的有效面積AE。 </P> <P> AE一般會在磁芯的資料中給出。 </P> <P> 4.計算初級匝數NP。 </P> <P> NP=VINmin*ton/ΔB*AE,式中VINmin為直流最低輸入電壓;ton為導通時間,AE為磁芯的有效面積,ΔB為磁感應強度變化量,這個值和磁芯材質,及溫升等有關,一般考經驗來選取,在0.1-0.3之間,取得越大,余量越小,變壓器在極端情況下越容易飽和!個人一般取0.2。 </P> <P> 5.計算次級匝數NS。 </P> <P> NS=(Vo+Vd)*(1-D)*NP/VINmin*D </P> <P> 式中Vo為輸出電壓 </P> <P> Vd為二極管管壓降 </P> <P> D為占空比 </P> <P> NP為初級匝數 </P> <P> VINmin為最低輸入電壓 </P> <P> 6.確定次級整流二極管的應力VDR。 </P> <P> 上邊算出變壓器的初級匝數NP和次級匝數NS后,就可以得出次級整流二極管的電壓應力 </P> <P> VDR=(VINmax*NS/NP)+VOUT </P> <P> 式中VINmax為最大輸入電壓,要保證在最高輸入電壓下你的二極管的電壓應力不超標。一般算出來的這個VDR還要考慮降額使用,所以二極管的耐壓要高于這個VDR值。 </P> <P> 一般還要在整流管上并一個RC吸收,從而降低二極管反向回復時間造成的電壓尖峰!尤其是CCM模式的時候! </P> <P> 7.確定初級電感量LP。 </P> <P> 確定電感量之前我們先看下上邊的兩個電流圖 </P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 444px; HEIGHT: 51px" height=75 src="/uploadfile/newspic/20160329150556584.jpg" width=638 border=0></P> <P> 對于上圖是兩種工作模式的初級電感電流波形,我加了兩個參數Ip1和Ip2;Ip1對應最低輸入電流,Ip2對應最高峰值電流,有上邊這兩個我們也就可以算出平均電流Iavg了,Iavg=(Ip1+Ip2)Dmax/2,式中Dmax為最大占空比,如果輸出功率為Pout,電源效率為η,那么 </P> <P> Pout/η=VINmin*Iavg=VINmin*(Ip1+Ip2)Dmax/2,得出Ip1+Ip2=2Pout/VINmin*Dmax*η </P> <P> 然后就可以計算Ip1和Ip2的值了,對于DCM來說,電流是降到零的,所以Ip1為零;對于CCM來說Ip1和Ip2都是未知數,又出來個經驗選擇了,一般取Ip2=(2-3)Ip1,不能取得太小,太小了會有一個低電流斜率,雖然這樣損耗小點,但容易使變壓器產生磁飽和,也容易使系統產生震蕩!個人一般取Ip2=3Ip1。計算出Ip1和Ip2后,這時候可以計算初級的電感量了,在ton內電流的變化量ΔI=Ip2-Ip1,根據(VINmin/LP)*ton=/ΔI,得出LP=VINmin*ton/ΔI,到此變壓器的初級電感量計算完畢,變壓器的參數也計算完畢!還有一種計算方法,就是按照上邊的確定初級電感量的方法先確定電感量,然后來選擇磁芯,選擇磁芯的方法有很多種,一般最常用的是AP法。 </P> <P align=center><IMG src="/uploadfile/newspic/20160329150621112.jpg" border=0></P> <P> 公式中L為初級電感量也就是LP,Isp為初級峰值電流Ip也就是ΔI,I1L為滿載初級電流有效值,但我往往會把Isp和I1L看成是一個,都是初級的峰值電流,所以仁者見仁智者見智,大家可以到應用時具體的來微調!Bmax為磁感應強度變化量也就是ΔB.這個取值和上邊一樣,取得太大,磁芯小但容易飽和,而取得太小磁芯的體積又很大,所以一般折中取值!而且和頻率關系也很大,要是頻率很高,建議取小點,因為頻率高了損耗也大,變壓器大了有利于散熱。個人經常取0.2!K1=Jmax*Ko*10-4,其中Jmax為最大電流密度 俺一般取450A/平方厘米。但趙老師書里取得是420A/平方厘米。Ko為窗口面積,有的也叫窗口利用率吧,一般取0.2-0.4,具體要看繞線的結構了,比如加不加擋墻等因素,所以選取時要充分考慮,免得因取得變壓器太小,結構要求苛刻而繞不下,導致項目失敗!10-4是由米變厘米的系數 </P> <P> 所以上式整理下可得AP=Aw*Ae=(LP*IP2*104/450*ΔB*Ko)4/3cm4,計算出了AP就可以找到合適的磁芯,然后找到Ae再根據式NP=LP*IP/ΔB*Ae。式中LP就是上邊算得初級電感量。 </P> <P> IP為初級峰值電流,ΔB為磁感應強度變化量,AE為磁芯的有效面積,后邊的次級匝數NS和次級整流二極管電壓應力的確定就和上邊的步驟5和6一樣了!那這兩種初級匝數NP的確定方法到底哪個對呢,可以告訴大家都對。根據電磁磁感應定律: </P> <P> (VINmin/LP)*ton=IP </P> <P> 所以VINmin*ton=L*Ip,所以這兩個從本質上式一樣的。個人覺得第一個適合有經驗的工程師,可以憑經驗來選擇變壓器,然后來計算變壓器參數而第二種適合初學者,先確定變壓器再算變壓器參數,免得因自己經驗不足而走了彎路! </P> <P> 其實設計出來的參數僅供參考,由于變壓器的漏感,PCB的布局,走線等因素會在調試時做微調,最后做出一個最優的、可靠的產品!<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>
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