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[经验] 仅需八步,就可以完成反激式开关电源设计

2019-8-16 10:04:43  708 开关电源 反激式
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本帖最后由 Nancyfans 于 2019-8-21 15:48 编辑

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设计变压器,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85V到265V,输出5V,2A]第一步,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,为了便于理解,我们从下面图一所示的例子谈起,慢慢的来。

图1
图这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了

第二步,确定原边电流波形的参数

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。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Iav,二是有效值I,三是其峰值Ip,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:
Iav=Po/(η*VS)
因为输出功率除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。下一步求电流峰值。

为了求电流峰值我们还要设定一个参数,这个参数就是KRP,所谓KRP,就是指最大脉动电流△IM和峰值电流Ip的比值(图二所示),KRP的取值范围在0和1之间。

第三步,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.

第四步,计算变压器的原边匝数

原边使用的线径.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*TON/SJ*B
这几个参数分别是原边匝数,,最小输入电压,导通时间,磁芯的横截面积和磁芯振幅,一般取B的值是0.1到0.2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第电磁感应定律,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=90*4.7μS/32mm2*0.15==88.15,取整数为88匝。
算了匝数,再确定线径。一般来说电流越大,导线越容易发热,所需要的导线就越粗,,需要的线径由电流有效值来确定,而不是平均值.上面已经计算了有效值,所以就来选线。我用0.25的线就可以了,用0.25的线,其面积是0.049平方毫米,电流是0.2安,所以其电流密度是4.08。一般选定电流密度是4~10A/mm2.记住这一点很重要.]第五步,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,因为副边输出电压为5V,加上肖特基管的压降,就有5.6V,原边以80V的电压放电,副边以5.6V的电压放电,那么匝数是多少呢,当然其遵守变压器匝数和电压成正比的规律啦.所以副边匝数:
NS=NP*(UO+UF)/VOR,
其中UF为肖特基管压降.如我这个副边匝数等于88*5.6/80,得6.16,整取6匝.
要算副边的线径,首先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,有突起的时间是1-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.

图3

第六,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5.7到9V,绕上7匝,那么其电压大概是6V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.

第七步,确定电感量

记得原边的电流上升公式吗I升=VS*TON/L.因为你已经从上面画出了原边电流的波形,这个I升=IM *KRP,所以:
L=VS.TON/(IM*KRP)
知道了吗,从此就确定了原边电感的值.

第八步,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*Ip/SJ*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,磁芯横截面积,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0.3T ,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.

Nancyfans 2019-8-30 14:51:54
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