开关变压器的设计理论

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简介:下面我们以输出功率为5瓦以下的开关电源为例,讲解一下开关电源变压器的设计。

1电气要求:

输入电压:AC 90-264V/50-60HZ输出电压:5±0.2 V输出电流:1A

2设计流程介绍:

2.1线路图如下:

开关变压器的设计理论

说明:

W1,W3是做屏蔽用的,对EMI有作用;

Np是初级线圈(主线圈);

Nb是辅助线圈;

Ns次级线圈(二次侧圈数)。

2.2变压器计算:

2.2.1变压器的参数说明:

依据变压器计算公式

开关变压器的设计理论

B(max)=铁心饱合的磁通密度(Gauss)

Lp=一次侧电感值(uH)

Ip=一次侧峰值电流(A)

Np=一次侧(主线圈)圈数

Ae=铁心截面积(cm2)

B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定,以浙江东磁公司的DMR40为例,100℃时的B(max)为4000 Gauss,设计时应考虑零件误差,所以一般取3000~3600 Gauss之间,若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右,以避免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做较大瓦数的Power。

2.2.2决定占空比:

由以下公式可决定占空比 ,占空比的设计一般以50%为基准,占空比若超过50%易导致振荡的发生。

开关变压器的设计理论

NS = 二次侧圈数

NP = 一次侧圈数

Vo = 输出电压

VD= 二极管顺向电压

Vin(min) = 滤波电容上的最小电压值

D =占空比

2.2.3决定Pout,Ip,Lp,Nps,Np,Ns值:

Pout=V2 x Iout x 120%

V2=Vout + Vd + Vt

开关变压器的设计理论

因为I1p是峰峰值,如下图:

开关变压器的设计理论

所以 开关变压器的设计理论

Lp= 开关变压器的设计理论

简化后

Lp= 开关变压器的设计理论

Nps=开关变压器的设计理论

开关变压器的设计理论

Ip = 一次侧峰值电流

I1p = 一次侧尖峰电流值

Pout = 输出瓦数

Vd=开关二级关的正向压降一般为0.55V

Vt=输出滤波线圈的压降,一般取0.2V

 开关变压器的转换效率

 PWM震荡频率

Nps次级与初级的匝比

Np初级线圈圈数,Ns次级线圈圈数

2.2.4决定变压器线径及线数:

当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温升记录为准。

2.2.5决定辅助电源的圈数:

依据变压器的圈比关系,可决定辅助电源的圈数及电压。

2.2.6变压器计算:

输出瓦数10W(5V/2A),Core = EE-19,可绕面积(槽宽)=57mm,Margin Tape = 2.8mm(每边),剩余可绕面积=4.4mm,Ae=52

假设fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V, =0.7,

计算式:

决定占空比:

假定D=0.48,f=45k

计算Pout,Ip,Lp值:

V2=Vout + Vd + Vt

=5+0.55+0.2=5.75

Pout=V2 x Iout x 120%

=5.75 x 2 x 1.2 =13.8W

开关变压器的设计理论

= 开关变压器的设计理论 =0.69A

开关变压器的设计理论 = 0.69/2.4=0.30A

Lp= 开关变压器的设计理论

=开关变压器的设计理论 =1.6mH

Nps=开关变压器的设计理论

=5.75/100=0.058

开关变压器的设计理论

= =4.1取5圈

Np=5/0.058=88圈

辅助线圈电压为10V,则权数为

Nw4=10/100 x 88=9圈

变压器材质及尺寸:

由以上假设可知材质MBR40,尺寸=EE-19,Ae=0.52cm2,可绕面积(槽宽)=12mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩余可绕面积9.2mm.

决定变压器的线径及线数:

开关变压器的设计理论=0.69A

开关变压器的设计理论 = 0.69/2.4=0.30A

假设NP使用0.32ψ的线

电流密度= 开关变压器的设计理论

可绕圈数= 开关变压器的设计理论

假设Secondary使用0.35ψ的线

电流密度= 开关变压器的设计理论

假设使用4P,则

电流密度= 开关变压器的设计理论

可绕圈数= 开关变压器的设计理论

2.2.7设计验证

将所得资料代入开关变压器的设计理论 〈 0.3T公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整。

开关变压器的设计理论=1.6 x 0.69/(88 x 52) x 100

=0.28T<0.3T设计通过

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