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反激变压器的设计.doc

反激变压器的设计

小春
2019-05-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《反激变压器的设计doc》,可适用于工程科技领域

反激变压器的设计========================================================反激变压器设计最简单的方法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:,VDCmin=VACmin*VDCmax=VACmax*,输出功率Po=PPPn上式中P=(VoVf)*I、P=(VoVf)*I上式中Vo为输出电压,Vf为整流管压降,输入功率Pin=(Poeta)*(此处为输入整流损耗),输入平均电流:Iav=PinVDCmin,初级峰值电流:Ip=*IavDmax,初级电感量:Lp=Vdcmin*Dmax(Ip*fs)fs为开关频率,初级匝数:Np=VDCmin*Dmax(DeltaB*Ae*fs)上式中DeltaB推荐取值Ae为磁芯横截面积,查规格资料可得!,次级匝数:NS=(VoutVd)*(Dmax)*NpVinmin*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(FlybackTransformerDesignTheory)第一节概述 反激式(Flyback)转换器又称单端反激式或BuckBoost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: 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 转换效率高,损失小 变压器匝数比值较小 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在~V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: 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W以下 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 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCMDCM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 第二节工作原理在图所示隔离反驰式转换器(Theisolatedflybackconverter)中,变压器T有隔离与扼流之双重作用因此T又称为Transformerchoke电路的工作原理如下:当开关晶体管Trton时,变压器初级Np有电流Ip,并将能量储存于其中(E=LpIp)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Troff时,由楞次定律:(e=N△Phi△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 由图可知,导通时间ton的大小将决定Ip、Vce的幅值: Vcemax=VINDmax VIN:输入直流电压Dmax:最大工作周期 Dmax=tonT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<,在实际应用中通常取Dmax=,以限制Vcemax≦VIN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=ILn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=Po(eta*VIN*Dmax)eta:转换器的效率公式导出如下:输出功率:Po=LIpetaT输入电压:VIN=Ldidt设di=Ip,且dt=fDmax,则:VIN=LIpfDmax或Lp=VIN*DmaxIpf则Po又可表示为:Po=etaVINfDmaxIpfIp=etaVINDmaxIpthereIp=PoetaVINDmax 上列公式中:VIN:最小直流输入电压(V)Dmax:最大导通占空比Lp:变压器初级电感(mH)Ip: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。其实反激的变压器很好计算的基本是经验为主公式为辅。就比如VA的变压器首先凭经验确定用多大变压器当然你得根据外壳和板的实际情况确定用什么类型的变压器如EE的EF的还有EFD的再都RMPQ等等其次是大小W的经典变压器主是EF的先按经验得知W的初级用匝左右那就计算次级次级电压比和匝比是等同的V*=V最低输入电压是V*=V再=这是他们的电压比也就是匝比再用初级匝数=这就是次级匝数。看明白了就是V输入V输出这是以最大占空比计算的电感量也有公式计算Lp=Vimin*Dmax/Ipk*fIpk=Po/DmaxVimin计算出来大概是个mH但根据经验得计算出来的电感量比实际上应用的要多一点所以我们一般取mH。这频率是以K为标准的。=========================================================反激式开关电源变压器设计反激式变压器是反激开关电源的核心它决定了反激变换器一系列的重要参数如占空比D最大峰值电流设计反激式变压器就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小对器件的磨损也尽量小。同样的芯片同样的磁芯若是变压器设计不合理则整个开关电源的性能会有很大下降如损耗会加大最大输出功率也会有下降下面我系统的说一下我算变压器的方法。算变压器就是要先选定一个工作点在这个工作点上算这个是最苛刻的一个点这个点就是最低的交流输入电压对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入V到V输出VA的电源开关频率是KHZ。第一步就是选定原边感应电压VOR这个值是由自己来设定的这个值就决定了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压是这样的这要从下面看起慢慢的来这是一个典型的单端反激式开关电源大家再熟悉不过了来分析一下一个工作周期当开关管开通的时候原边相当于一个电感电感两端加上电压其电流值不会突变而线性的上升有公式上升了的I=Vs*tonL,这三项分别是原边输入电压开关开通时间和原边电感量.在开关管关断的时候原边电感放电电感电流又会下降同样要尊守上面的公式定律此时有下降了的I=VOR*toffL,这三项分别是原边感应电压即放电电压开关管关断时间和电感量.在经过一个周期后原边电感电流的值会回到原来不可能会变所以有VS*TONL=VOR*TOFFL,上升了的等于下降了的懂吗好懂吧上式中可以用D来代替TON用1-D来代替TOOF移项可得D=VOR(VORVS)。此即是最大占空比了。比如说我设计的这个我选定感应电压为VVS为V则D=(*)=第二步,确实原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间如下面那一条横线所示,首先要确定这个值这个值是这样算的电流平均值=输出功率效率*VS因为输出功率乘以效率就是输入功率然后输入功率再除以输入电压就是输入电流这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值尖峰值是多少呢这个我们自己还要设定一个参数这个参数就是KRP所谓KRP就是指最大脉动电流和峰值电流的比值这个比值下图分别是最大脉动电流和峰值电流。是在和之间的。这个值很重要。已知了KRP现在要解方程了都会解方程吧这是初一的应用题啊我来解一下已知这个波形一个周期的面积等于电流平均值*这个波形的面积等于峰值电流*KRP*D峰值电流*(KRP)*D所以有电流平均值等于上式解出来峰值电流=电流平均值(KRP)*D。比如说我这个输出是W设定效率是则输入的平均电流就是*=A,我设定KRP的值是而最大值=(KRP)D=(*)*=A三个电流参数,就是这个电流的有效值,电流有效值和平均值是不一样的,有效值的定义还记得吗,就是说把这个电流加在一个电阻上,若是其发热和另处一个直流电流加在这个电阻上发热效果一样的话,那么这个电流的有效值就等于这个直流的电流值所以这个电流的有效值不等于其平均值,一般比其平均值要大而且同样的平均值,可以对应很多个有效值,若是把KRP的值选得越大,有效值就会越大,有效值还和占空比D也有关系,总之它这个电流波形的形状是息息相关的我就直接给出有效值的电流公式,这个公式要用积分才能推得出来,我就不推了,只要大家区分开来有效值和平均值就可以了电流有效值=电流峰值*根号下的D*(KRP的平方KRP)如我现在这个,电流有效值=*根号下*()=A所以对应于相同的功率,也就是有相同的输入电流时,其有效值和这些参数是有关的,适当的调整参数,使有效值最小,发热也就最小,损耗小这便优化了设计第三步,开始设计变压器准备工作已知了开关频率是KHZ则开关周期就是微秒了,占空比是那么TON就是微秒了记好这两个数,对下面有用第四步,选定变压器磁芯,这个就是凭经验了,如果你不会选,就估一个,计算就行了,若是不行,可以再换一个大一点的或是小一点的,不过有的资料上有如何根据功率去选磁芯的公式或是区线图,大家不妨也可以参考一下我一般是凭经验来的第五步,计算变压器的原边匝数,原边使用的经径计算原边匝数的时候,要选定一个磁芯的振幅B,即这个磁芯的磁感应强度的变化区间,因为加上方波电压后,这个磁感应强度是变化的,正是因为变化,所以其才有了变压的作用,NP=VS*TONSJ*B,这几个参数分别是原边匝数,,最小输入电压,导通时间,磁芯的横节面积和磁芯振幅,一般取B的值是到之间,取得越小,变压器的铁损就越小,但相应变压器的体积会大些这个公式来源于法拉弟电磁感应定律,这个定律是说,在一个铁心中,当磁通变化的时候,其会产生一个感应电压,这个感应电压=磁通的变化量时间T再乘以匝数比,把磁通变化量换成磁感应强度的变化量乘以其面积就可以推出上式来,简单吧我的这个NP=*微秒平方毫米*,得到匝是我选取的了值算了匝数,再确定线径,一般来说电流越大,线越热,所以需要的导线就越粗,,需要的线径由有效值来确定,而不是平均值上面已经算得了有效值,所以就来选线,我用的线就可以了,用的线,其面积是平方毫米,电流是安,所以其电流密度是,可以,一般选定电流密度是到安第平方毫米记住这一点,这很重要若是电流很大,最好采用两股或是两股以上的线并绕,因为高频电流有趋效应,这样可以比较好第六步,确定次级绕组的参数,圈数和线径记得原边感应电压吧,这就是一个放电电压,原边就是以这个电压放电给副边的,看上边的图,因为副边输出电太为V,加上肖特基管的压降,就有V,原边以V的电压放电,副边以V的电压放电,那么匝数是多少呢,当然其遵守变压器那个匝数和电压成正比的规律啦所以副边电压=NS*(UOUF)VOR,其中UF为肖特基管压降如我这个副边匝数等于*,得,整取匝再算副边的线径,当然也就要算出副边的有效值电流啦,副边电流的波形会画吗,我画给大家看一下吧画的不太对称,没关系,只要知道这个意思,就可以了有突起的时间是D,没有突起的是D,刚好和原边相反,但其KRP的值和原边相同的这下知道了这个波形的有效值是怎么算的了吧,哦,再提醒一句,这个峰值电流就是原边峰值电流乘以其匝数比,要比原边峰值电流大数倍哦第七步确定反馈绕组的参数,反馈是反激的电压,其电压是取自输出级的,所以反馈电压是稳定的,TOP的电源电压是到V,绕上匝,那么其电压大概是V多,这就可以了,记得,反馈电压是反激的,其匝数比要和幅边对应,懂什么意思吗,至于线,因为流过其的电流很小,所以就用绕原边的线绕就可以了,无严格的要求第八步,确定电感量记得原边的电流上升公式吗I=VS*TONL因为你已经从上面画出了原边电流的波形,这个I就是:峰值电流*KRP,所以L=VSTON峰值电流*KRP,知道了吗,从此就确定了原边电感的值第九步,验证设计,即验证一下最大磁感应强度是不是超过了磁芯的允许值,有BMAX=L*IPSJ*NP这个五个参数分别表示磁通最大值,原边电感量,峰值电流,原边匝数,这个公式是从电感量L的概念公式推过来的,因为L=磁链流过电感线圈的电流,磁链等于磁通乘以其匝数,而磁通就是磁感应强度乘以其截面积,分别代入到上面,即当原边线圈流过峰值电流时,此时磁芯达到最大磁感应强度,这个磁感应强度就用以上公式计算BMAX的值一般一要超过T,若是好的磁芯,可以大一些,若是超过了这个值,就可以增加原边匝数,或是换大的磁芯来调总结一下:设计高频变压器,有几个参数要自己设定,这几个参数就决定了开关电源的工作方式,第一是要设定最大占空比D,这个占空比是由你自己设定的感应电压VOR来确定的,再就是设定原边电流的波形,确定KRP的值,设计变压器时,还要设定其磁芯振幅B,这又是一个设定,所有这些设定,就让这个开关电源工作在你设定的方式之下了要不断的调整,工作在一个对你来说最好的状态之下,这就是高频变压器的设计任务总结一公式D=VOR(VORVS)()IAVE=P效率*VS()IP=IAVE(KRP)*D()I有效值=电流峰值*根号下的D*(KRP的平方KRP)()NP=VS*TONSJ*B()NS=NP*(VOVF)VOR()L=VSTONIPKRP()BMAX=L*IPSJNP()不过总的来说高频变压器是一个比较复杂的东西我短短的篇幅在此也不足以说明学习高频变压器我苦搞了两个月。才觉得有了头绪。可能有些地方我说的不太清楚大家就自己揣摩了若是不懂在群上问我好了我会尽力解答。学的时候注意各个参数之间的联系因为本来这个东西就是一个整体多分析多思考想来大家就会精通。新摸索到的东西不妨来告诉我啊。

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