开关电源变压器设计实例
开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构课堂课件
对电源进行充电；另一方面，流过反馈线圈 N3 绕组中的电流产生的磁场可以使
变压器的铁心退磁，使变压器铁心中医的学磁知识场！强度恢复到初始状态。
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4.3 单端反激式结构
4.3.1 简介
所谓单端反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直 流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压 器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关 电源称为反激式开关电源。单端反激变换器是在反极性(Buck--Boost)变 换器基础上演变而来的，因此具有反极性变换器的特性。
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4.1 概述
直流
逆变 电路
交流
变压器
交流
整流 电路
脉动
直流
直流
滤波器
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
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4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上的局
限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路 输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。下 面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；
4.2.3 电路关键节点波形
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4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
半桥开关电源变压器设计方案
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02
半桥开关电源变压器的设计原理
常规测试
• 直流输出电压、电流、功率等测试
• 交流输入电压、电流、功率等测试
性能测试
• 效率、损耗、绝缘性能等测试
• 负载、短路、过载等条件下的测试
半桥开关电源变压器的故障诊断与排除
故障诊断
故障排除
• 通过测试数据、现象进行分析
• 对故障部位进行维修、更换
• 判断故障类型、部位
• 进行调试、测试，确保设备正常运行
半桥开关电源变压器的安全设计
绝缘性能
• 采用绝缘材料，保证绕组与磁芯之间的绝缘
• 考虑绕组、磁芯的耐压性能
散热性能
• 采用散热材料，保证设备的正常运行
• 考虑散热、通风设计，提高散热效果
抗震动性能
• 采用抗震动材料，保证设备在振动环境下的稳定运行
• 考虑设备结构、安装方式等因素
(整理)变压器设计s实例
第三章 变压器设计RCC 变换器的核心设计就是开关变压器的设计，许多书上都有介绍，但是不太实际，讲得比较繁琐和抽象，此章我也会先讲理论，再讲如何简化开关变压器的设计，使设计更贴近现实。
第一节 开关变压器的设计理论下面我们以输出功率为5瓦以下的开关电源为例，讲解一下开关变压器的设计。
1 电气要求：1． 输入电压：AC 90-264V/50-60HZ2． 输出电压：5±0.2 V3． 输出电流：1A2 设计流程介绍：2.1 线路图如下：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Gauss x Aex Np Ip x Lp B 100(max ) ➢ 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(cm 2)➢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。
xD Vin D x V Vo Np Ns D (min))1()(-+= ➢ N S = 二次侧圈数➢ N P = 一次侧圈数➢ V o = 输出电压➢ V D = 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=V out + Vd + Vt ηx D x Vin Pout p I (min)1= 因为I1p 是峰峰值，如下图：所以 611p I prms I = Lp=T x Pout x Ton x Ton x Vin x Vin 2η 简化后 Lp=prms I Ton x Vin 1 =Nps xD Vin D x V Vo D (min))1()(-+ 610max Ae 11x B x p L x prms I x Nps Ns >= ➢ 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 ➢ =η开关变压器的转换效率 ➢ =f 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/mm 2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。
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例作为功率变压器的一个设计实例，下面我们将设计正激式变换器中的变压器。
显然，这种变压器也不是用于我们的buck变换器中。
现在，我们考虑设计要求：输入电压为直流48V(简便起见，不需要考虑进线电压的波动范围)，输出电压为5V，功率100W，开关频率为250kHz，基本电路图如图所示。
容易得到，输出电流为100W／5V=20A。
这个电流值是比较大的，为了减少绕组电阻，副边的线圈匝数应该尽量取小。
这意味着取变比(原边匝数除以副边匝数)的时候，副边最少匝数取为1。
我们来看看变比为整数时会出现什么问题。
1 匝数比=1：1匝数比=1：1，即原边与副边的匝数相等。
当开关导通时，48V输入电压全部加在变压器的原边。
同样，副边也得到48V的电压(忽略漏感)，并加于续流二极管两端。
实际上，具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。
48V的电路中，至少要采用电压为60V的器件，如果电压有过冲或者输入电压有波动，那么要求采用更高电压的器件。
二极管的反向阻断电压越高，其通态电压也越高，变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中，整流二极管的通态电压是一个常见的问题。
原因很明显：电感中的电流要么流过整流二极管，要么流过续流二极管，无论哪种情况，在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。
二极管的损耗使变换器效率进一步下降。
这部分功率不在总功率V outI之中。
解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器，但是其驱动非常复杂(同样的道理，当输出Vout降到3.3V，甚至更低时，必须使用同步整流器)。
不管怎么样，对于一个高效率的变换器而言，如果不采用同步整流器，1：1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
2 匝数比=2：1这时原边匝数是副边的2倍，所以加在原边的电压为48V，副边和二极管上的电压为24V，可以使用肖特基功率二极管。
正激式变换器占空比近似为DC=V out／Vsec=5V／24V=21％(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。
单端反激式开关电源变压器的设计
· ５９ ·研制开发单端反激式开关电源变压器的设计顾伟康（国网浙江省电力有限公司 湖州供电公司，浙江文章针对开关电源变压器设计中存在公式繁多，参数计算困难等问题，提出了一种简单实用的设计方法。
该方法统一了变压器工作在电流连续模式和断续模式下的计算公式，有效解决了原边电感值、线圈匝数、线径、磁芯大小等参数的设计，降低了设计难度，提高了设计效率，并给出了设计实例。
开关电源；反激式变压器；参数Design of Single-Ended Flyback Transformers in Switching Power SupplyGU WeikangHuzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co.The paper puts forward a simple and practical design method for there are many issues such as various parameter calculation difficulty in switching power supply transformer. This method unified the formulas of current continuous mode and current discontinuous mode ，effectively solved the original side inductance value core size and so on ，reduced the design difficulty 图1 单端反激式变压器原理图2 单端反激式变压器的设计单端反激式变压器设计流程图如图2所示。
根据下面步骤设计合适的变压器。
2.1 确定系统要求V acmax ，V acmin ，U max ，U min ，V o ，P o ，η等参数值的确定。
开关电源变压器设计
开关电源变压器设计1.前言2.变压器设计原则3.系统输入规格4.变压器设计步骤4.1选择开关管和输出整流二极管4.2计算变压器匝比4.3确定最低输入电压和最大占空比4.4反激变换器的工作过程分析4.5计算初级临界电流均值和峰值4.6计算变压器初级电感量4.7选择变压器磁芯4.8计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度4.9满载时峰值电流4.10 最大工作磁芯密度Bmax4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率4.13 计算绕组的铜损4.14变压器绕线结构及工艺5.实例设计—12W Flyback变压器设计1. 前言◆反激变换器优点：电路结构简单成本低廉容易得到多路输出应用广泛，比较适合100W以下的小功率电源◆设计难点变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式 ( CCM )高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式 ( DCM )2. 变压器设计原则◆温升安规对变压器温升有严格的规定。
Class A的绝对温度不超过90°C；Class B不能超过110°C。
因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必须遵循的准则。
◆成本开关电源设计中，成本是主要的考虑因素，而变压器又是电源系统的重要组成部分，因此如何将变压器的价格，体积和品质最优化，是开关电源设计者努力的方向。
3. 系统输入规格输入电压：Vacmin~ Vacmax输入频率：f L输出电压：V o输出电流：I o工作频率：f S输出功率：P o预估效率：η最大温升：40℃4.0变压器设计步骤4.1选择开关管和输出整流二极管开关管MOSFET:耐压值为V mos输出二极管:肖特基二极管最大反向电压V D正向导通压降为V F4.2计算变压器匝比考虑开关器件电压应力的余量(Typ.=20%)开关ON ：0.8·V D > V in max / N + V o开关 OFF ：0.8·V MOS > N·( V o+ V F) + V in max匝比：N min < N < N max4.3 确定最低输入电压和最大占空比输入滤波电容：2µF~3µF/W最低输入电压 ( 假设tc=3ms )V in min =√(√2V VV VVV)2−2 × V VV ( V2 − V V V VV最低输入电压，最大功率时，占空比最大D maxD max = V ∙ ( V V + V V )V ∙ ( V V + V V ) + V VV VVV4.4 反激变换器的工作过程分析低输入电压时，负载从轻载到重载，变压器经历从DCM →BCM →CCM 的过程 高输入电压时，负载从轻载到重载，变压器一直工作在DCM4.5 计算初级临界电流均值和峰值按照最小输入电压，最大输出功率(Pomax)的条件计算P o = 1/3P o max时，变换器工作在BCMP o < 1/3P o max时，变换器工作在DCMP o > 1/3P o max时，变换器工作在CCMBCM模式下，最小输入电压时的平均输入电流I in-avg = 13∙ V VVV VV VVV变压器初级临界电流峰值∆I p1 = I pk1 = 2 × V VV−VVVV VVV4.6 计算变压器初级电感量最低输入电压，BCM条件下，最大通时间T on max = 1V V × Dmax变压器初级电感量Lp = V VV VVV × V VV VVV∆V V14.7 选择变压器磁芯基于输出功率和开关频率计算面积乘积，根据面积乘积来选择磁芯AP p = V V × 1062 × V × V V × V V × V V × V V × VK o 是窗口的铜填充系数：取 K o =0.4K c 是磁芯填充系数；对于铁氧体磁芯取 K c =1 Bm 是变压器工作磁通密度，取 B m ≤12 VVVV j 是电流密度，取 j = 4.2A/mm 2考虑绕线空间，尽量选择窗口面积大的磁芯，查表选择Aw 和Ae4.8 计算变压器初级、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度初级绕组的匝数N p =V in min × t on maxA e ×B m×108增加或者减小匝数只会分别引起磁芯损耗减小或增加在100kHz 条件下，损耗与B2.86成正比，匝数减小5%会使磁芯损耗增加15%次级绕组匝数 N s = N p / N辅助绕组匝数 N cc = ( V cc + 1 ) × N s / ( V o + V F )气隙长度 : l g = 0.4 V × V V × V 2V V4.9 满载时峰值电流CCM 时，T on max 固定不变输入电压不变，BCM 的T on max 等于CCM 的T on max T on max 内，电感电流线形上升增量 ∆I p1 =V VV VVV × V VV VVVV V= ∆I p2低输入电压，满载条件下 P o = 12×η× L p × (I 2pk2 – I 2pk0 ) × f s变压器初级峰值电流 I pk2 =V V / VV VV VVV × V VVV+∆V V224.10 最大工作磁芯密度B maxB max =V V × V VV2V V × V V×108 < B sat如果B max <B sat ，则证明所选择的磁芯通过，否则应重新选择4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值梯形波电流的中值 ：I a = I pk - ∆V2电流直流分量 ：I dc = D max × I a电流有效值 ： I prms = I a √V VVV电流交流分量 ：I ac = I a √VVV (1−V VVV )4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率导线的横截面积自然冷却时，一般取电流密度j = 4A / mm2初级绕组：S p = I prms ( A ) / 4 ( A / mm2 )副边绕组：S s = I srms ( A ) / 4 ( A / mm2 )线径及根数集肤深度δ= 6.61 / √V V cm导线线径不超过集肤深度的2倍，若超过集肤深度，则需多股并绕根据安规要求考虑加一定宽度的挡墙2窗口占有率K0A w≥ N p ×V×V V2+ N s ×V×V V2+ N cc ×V×V VV4.13计算绕组的铜损根据导线的电阻和集肤深度，确定每个绕组的铜损耗总损耗一定要小于预算损耗，温升经验公式∆T ≈800 × V VVVV34 × √V V×V V4.14变压器绕线结构及工艺骨架的选取：累计高度、宽度绕法：初级和次级交错式(三明治)绕法：漏感小5. 设计实例—12W开关电源变压器设计5.1系统输入规格输入电压：90Vac~265Vac输入频率：50Hz输出电压：12V输出电流：1.0A输出功率：Po=12W开关频率：50kHz预估效率：0.75输入最大功率：Pin=16W变压器最大温升：40℃5.2开关管MOSFET和输出整流二极管开关管MOSFET耐压: V mos=600V输出二极管：反向压降V D=100V ( 正向导通压降V F=0.5V )5.3计算变压器匝比0.8 ∙ V D > V in max / N + V o 0.8 × 100 > 375 / N +120.8 ∙ V mos > N ∙ ( V o + V F ) + V in max 0.8 × 600 > N × ( 12 + 0.5 ) +3755.5 < N < 8.4取 N = 65.4 最低输入电压和最大占空比选择C in =22µF 最低输入电压：V in min = √(√VV VVV)2−2 × V VV ( V2 − V V )V VV= √1272−2 ×16 ×7 × 10322 × 10−6≈77V最大占空比 ：Dmax = V ∙ (V V + V V )V ∙ ( V V + V V )+ V VV VVV = 6 × 12.56 ×12.5+77= 0.495.5 计算初级临界电流均值和峰值I in-avg = 13∙ V VV V VV VVV = 163 ×77= 0.07 A∆I p1 = I pk1 = 2 × V VV −VVV V VVV = 2 ×0.070.49= 0.285 A5.6最大导通时间和初级电感量最大导通时间 ： T on max = 1V V× D max = 9.8 VV变压器初级电感量 ： L p = V VV VVV ×V VV VVV ∆V V1= 77 ×9.8 × 10−60.285 ≈ 2.7mH5.7 变压器磁芯面积AP p = 12 × 1062 ×0.75 ×0.42 × 50 × 10×1600 ×4= 0.066 cm 2( 铁氧体磁芯 B sat = 3900G , 取 B m = 1600G )查表EF20 A e = 0.335 cm 2，A w = 0.6048 cm 2AP = A w * A e = 0.202 cm 2 > 0.066 cm 25.8 变压器初级匝数、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度N p =77 ×9.8 × 10−60.335 ×1600×108 = 140.7 取 N p= 140 TsN s = 140 / 6 = 23.3 Ts 取 N s = 23 TsN cc = 19 × 23 / 12.5 ≈ 35 Tsl g = 0.4V ×33.5 × 14022.6= 0.2 mm5.9 满载时峰值电流、最大工作磁通密度I pk2 = VV / V VVV VVV ×VVVV + ∆VV 2 = 1677 ×0.49+ 0.14 = 0.56 ABmax = VV ×VVV2VV ×VV = 2.6×10−3 × 0.560.335 ×140×108 = 3100G < 3900G5.10 变压器初级电流、副边电流的有效值原边各电流：电流中值I pa = 0.42A 电流有效值I prms = 0.29A电流直流值I pdc = 0.20A 电流交流值I pac = 0.208A副边各电流：电流直流值I sdc = 1A 电流有效值I srms = 1.38A电流中值I sa = 1.92A 电流交流值I ac = 0.959A5.11 计算原边、副边绕组的线径，估算窗口占有率线径及根数集肤深度δ= 6.61 / √V V= 6.61 / √50× 103 = 0.29 cm导线的横截面积：电流密度j = 4.2~5A / mm2初级绕组：S p=0.068mm2→Φ0.25mm ×1P→R DC = 4.523mΩ/cm( 100℃ )副边绕组：S s = 0.328mm2→Φ0.40mm×2P→R DC = 0.892mΩ/cm ( 100℃ )Vcc绕组：S cc = 0.1/4.2 = 0.024mm2→Φ0.1mm×2P窗口占有率：0.4 × 60.48 ≥ 140 ×π× 0.1252 + 23 ×π× 0.22 + 35 ×π×0.08224.2 ≥ 13.6 OK5.12 计算绕组的铜损平均匝长 l av = 23.5 mm各绕组绕线长度：原边 l Np = 140 × 23.5 = 329 cm副边 l Ns = 23 × 23.5 = 54.0 cm各绕组直、交流电阻：原边R pdc =1.45Ω R pac =2.38Ω副边R sdc =0.024Ω R sac =0.038ΩVcc 绕组电流过小，忽略绕组损耗各绕组损耗：P u = 0.30W{V V = V VVVV 2× V VVV + V VVV 2 × V VVV =0.22V V V = V VVVV 2× V VVV + V VVV 2 × V VVV =0.08V5.13 计算绕组的铁损计算铁损：查磁芯损耗曲线，PC40在 ΔB = 0.15T 时为80mW / cm 3 铁损 P Fe = 80 × 1.5 = 0.12 W估算温升总损耗 P loss = 0.12 + 0.30 = 0.42 W经验公式 ∆T ≈ × .343356048 = 22℃ < 40℃设计 OK5.14 变压器绕线结构及工艺绕线宽度高度累计查EF20 Bobbin 绕线宽度W=12.1mm ，高度H=2.9mm0.25mm ，最大外径0.275mm 每层35T ，W1=9.62mm0.40mm ，最大外径0.52mm 每层23T ，W2=11.9mm0.10mm ，最大外径0.13mm 每层35T ，W3=9.1mm(0.1mm×2P)总高度 = 0.275×4 + 0.52 × 2 + 0.13 × 3 + 0.03 × 7 = 2.74 mm绕线结构次级→初级→次级。
分享 一种小功率开关电源变压器设计和制作
分享一种小功率开关电源变压器设计和制作
电源变压器在最近几年的发展和应用中，逐渐呈现出了专业性的特点，小功率的开关电源变压器设计和制作也更加符合民用要求。
在今天的方案分享中，我们将会为大家分享一种小功率的电源变压器设计和制作过程，方便工程师们进行参考借鉴。
在今天的开关电源变压器方案分享中，我们将会通过一个企业民用的输入85~265V、输出5V，2A，开关频率是100kHz的小功率开关电源为例加以说明。
这种电源变压器的系统电路图如下图所示。
小功率开关电源变压器系统电路图
在了解了这种小功率的开关电源变压器系统电路设置后，首先要做的就是选定原边感应电压VOR，原边感应电压值直接决定了电源的占空比。
当变压器的开关管开通的时候，有公式I=Vs*Ton/L，其中参数Vs为原边输入电压，参数ton为开关开通时间，L为原边电感量。
而在开关管关断的时候，有公
式I=VOR*Toff/L，其中参数VOR为原边感应电压，即放电电压，Toff为开关管关断时间，L为电感量。
经过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来的数值，因此该公式变为：VS*TON/L=VOR×TOFF/L，D来代替TON，用1-D来代替Toff，移项可得D=VOR/（VOR+VS），此即是最大占空比了。
则在该系统电路的实例中，该公式为D=80/（*80+90）=0.47。
接下来的工作，是确定这种开关电源变压器的原边电流波形的参数。
原边电流波形的计算也同样是需要利用公式完成的，此时代入公式，即峰值电流*KRP*D+峰值电流*（1-KRP）×D，所以有电流平均值等于上式，解出来峰。
反激式开关电源变压器的设计案例
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锛屽垯D=80/锛?80+90锛?0.47绗簩姝?纭疄鍘熻竟鐢垫祦娉㈠舰鐨勫弬鏁?鍘熻竟鐢垫祦娉㈠舰鏈変笁涓弬鏁?骞冲潎鐢垫祦,鏈夋晥鍊肩數娴?宄板€肩數娴?,棣栧厛瑕佺煡閬撳師杈圭數娴佺殑娉㈠舰,鍘熻竟鐢垫祦鐨勬尝褰㈠涓嬪浘鎵€绀?鐢荤殑涓嶅ソ,浣嗕笉瑕佺瑧鍟?杩欐槸涓€涓褰㈡尝妯悜琛ㄧず鏃堕棿,绾靛悜琛ㄧず鐢垫祦澶у皬,杩欎釜娉㈠舰鏈変笁涓€?涓€鏄钩鍧囧€?浜屾槸鏈夋晥鍊?涓夋槸鍏跺嘲鍊?骞冲潎鍊煎氨鏄妸杩欎釜娉㈠舰鐨勯潰绉啀闄や互鍏舵椂闂?濡備笅闈㈤偅涓€鏉℃í绾挎墍绀?棣栧厛瑕佺‘瀹氳繖涓€硷紝杩欎釜鍊兼槸杩欐牱绠楃殑锛岀數娴佸钩鍧囧€?杈撳嚭鍔熺巼/鏁堢巼*VS锛屽洜涓鸿緭鍑哄姛鐜囦箻浠ユ晥鐜囧氨鏄緭鍏ュ姛鐜囷紝鐒跺悗杈撳叆鍔熺巼鍐嶉櫎浠ヨ緭鍏ョ數鍘嬪氨鏄緭鍏ョ數娴侊紝杩欎釜灏辨槸骞冲潎鍊肩數娴併€傜幇鍦ㄤ笅涓€姝ュ氨鏄眰閭ｄ釜鐢垫祦宄板€硷紝灏栧嘲鍊兼槸澶氬皯鍛紝杩欎釜鎴戜滑鑷繁杩樿璁惧畾涓€涓弬鏁帮紝杩欎釜鍙傛暟灏辨槸KRP锛屾墍璋揔RP锛屽氨鏄寚鏈€澶ц剦鍔ㄧ數娴佸拰宄板€肩數娴佺殑姣斿€艰繖涓瘮鍊间笅鍥惧垎鍒槸鏈€澶ц剦鍔ㄧ數娴佸拰宄板€肩數娴併€傛槸鍦?鍜?涔嬮棿鐨勩€傝繖涓€煎緢閲嶈銆傚凡鐭ヤ簡KRP锛岀幇鍦ㄨ瑙ｆ柟绋嬩簡锛岄兘浼氳В鏂圭▼鍚э紝杩欐槸鍒濅竴鐨勫簲鐢ㄩ鍟婏紝鎴戞潵瑙ｄ竴涓嬶紝宸茬煡杩欎釜娉㈠舰涓€涓懆鏈熺殑闈㈢Н绛変簬鐢垫祦骞冲潎鍊?1锛岃繖涓尝褰㈢殑闈㈢Н绛変簬锛屽嘲鍊肩數娴?KRP*D+宄板€肩數娴?锛?-KRP锛?D锛屾墍浠ユ湁鐢垫祦骞冲潎鍊肩瓑浜庝笂寮忥紝瑙ｅ嚭鏉ュ嘲鍊肩數娴?鐢垫祦骞冲潎鍊?锛?-0.5KRP锛?D銆傛瘮濡傝鎴戣繖涓緭鍑烘槸10W锛岃瀹氭晥鐜囨槸0.8.鍒欒緭鍏ョ殑骞冲潎鐢垫祦灏辨槸10/0.8*90=0.138A,鎴戣瀹欿RP鐨勫€兼槸0.6鑰屾渶澶у€?0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.绗笁涓數娴佸弬鏁?灏辨槸杩欎釜鐢垫祦鐨勬湁鏁堝€?鐢垫祦鏈夋晥鍊煎拰骞冲潎鍊兼槸涓嶄竴鏍风殑,鏈夋晥鍊肩殑瀹氫箟杩樿寰楀悧,灏辨槸璇存妸杩欎釜鐢垫祦鍔犲湪涓€涓數闃讳笂,鑻ユ槸鍏跺彂鐑拰鍙﹀涓€涓洿娴佺數娴佸姞鍦ㄨ繖涓數闃讳笂鍙戠儹鏁堟灉涓€鏍风殑璇?閭ｄ箞杩欎釜鐢垫祦鐨勬湁鏁堝€煎氨绛変簬杩欎釜鐩存祦鐨勭數娴佸€?鎵€浠ヨ繖涓數娴佺殑鏈夋晥鍊间笉绛変簬鍏跺钩鍧囧€?涓€鑸瘮鍏跺钩鍧囧€艰澶?鑰屼笖鍚屾牱鐨勫钩鍧囧€?鍙互瀵瑰簲寰堝涓湁鏁堝€?鑻ユ槸鎶奒RP 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开关电源变压器设计开关变压器是将DC 电压﹐通过自激励震荡或者IC 它激励间歇震荡形成高频方波﹐通过变压器耦合到次级,整流后达到各种所需DC 电压﹒变压器在电路中电磁感应的耦合作用﹐达到初﹒次级绝缘隔离﹐输出实现各种高频电压﹒ 目的﹕减小变压器体积﹐降低成本﹐使设备小形化﹐节约能源﹐提高稳压精度﹒ N工频变压器与高频变压器的比较﹕工频 高频E ＝4.4f N Ae Bm f=50HZE ＝4.0f N Ae Bm f=50KHZ N Ae Bm 效率﹕ η=60-80 % (P2／P2+Pm+ P C ) η>90% ((P2／P2+Pm )功率因素﹕ Cosψ=0.6-0.7 (系统100W 供电142W) Cosψ>0.90 (系统100W 供电111W) 稳压精度﹕ ΔU%=1% (U20-U2／U20*100) ΔU<0.2% 适配.控制性能﹕ 差 好 体积.重量 大 小开关变压器主要工作方式一.隔离方式: 有隔离; 非隔离 (TV&TVM11) 二.激励方式: 自激励; 它激励 (F + & IC) 三.反馈方式: 自反馈; 它反馈 (F- & IC) 四.控制方式: PWM: PFM (T & T ON ) 五.常用电路形式: FLYBACK & FORWARD一.隔离方式:二.- +Tr:TonI RL开关变压器主要设计参数静态测试参数:R DC. L. L K. L DC. TR. IR. HI-POT. IV O-P. Cp. Z. Q.………动态测试参数:Vi. Io. V o. Ta . U. F D max ………….材料选择参数 P. Pc. u i. A L. Ae. Bs …….WIRE: Φ ℃ . ΦI max . HI-POT ……..BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)………. TAPE: ℃ . δh . HI-POT …….. 制程设置要求P N …(SOL.SPC).PN//PN.PN -PN. S N (SOL.SPC).Φn. M tape:δ&w TAPE:δ&w. V ℃……..三.反馈方式:四.控制方式: PWM: PFM脉冲宽度调制 脉冲频率调制五.常用电路形式:单端正激励FORWARD开关变压器主要设计参数静态测试参数:R DC. L. L K. L DC. TR. IR. HI-POT. IV O-P.Cp. Z. Q.………动态测试参数:Vi. Io. V o. Ta. U. F D max………….材料选择参数CORE: P. Pc. u i. A L. Ae. Bs…….WIRE: Φ℃. ΦI max. HI-POT……..BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)……….TAPE: ℃. δh. HI-POT……..制程设置要求..单端反激励FLYBACK 调节TON 使能量守恒定1/2*L P *I PK 2=1/2*L S *I SK 2Ton Br BmI2Bac BBdcBmBr Toff Bm Br開關變壓器應用磁滯回線描述Bs:飽和磁通(束)密度Br:殘留磁通(束)密度 Hs: 飽和磁場強度Hc:保磁力(矯頑力) Ui:初始導磁率加GAP 曲線Br 下降﹐ΔB 增加傳遞能力增大﹒傳遞磁能區間增加變壓器導通Ton 和截止Toff 的變化单端反激励(Flyback)波形分为:临界状态,非连续状态, 连续状态(常用状态).Po=1／2LI pk2*f (η)Vi min=I pk*Lp／TonPo／Vi min I pk=2Po／D max Vi min ( Po=VoIo)Vi min*Ton=I pk*Lp Lp=Vi min*D max／I pk*fNp=Lp*I pk／Ae*ΔB Np= ΔB*Ig／0.4π*I pkIg=0.4πL p I pk2／Ae*ΔB2Vo+VD=Vimin*(Dmax／1-Dmax)*Ns/NpNs=(V O+V D)*(1-Dmax)*Np／Vi min*D maxDmin=Dmax／(1-Dmax)K+Dmax K=Vi max/Vimin单端反激励(Flyback)设计例题一条件﹕V i =170V－270V ﹐f= 30K HZ V o= 5V, Io=20A, D max=0.45(设计取值)设计﹕1) Vi min=170*1.4-－20=218V, Vi max=270*1.4－20=358VVi min=170*√2-(V D.ΔU) Vi max=270*√2-(V D.ΔU)Vi min=(V iACMIN)2-2Po(1/2fL -tc)2) I pk=2*5*20／218*0.45=2.04A ηCIN Ipk=2Po／DmaxVimin ( Po=V oIo) Po=1／2LI pk2*f (η)3) Lp=218*0.45／2.04*30000=1.6mHLp=Vimin*Dmax ／Ipk*f4) K=358／218=1.64K=Vimax/Vimin5) Dmin=0.45／(1-0.45)*1.64+0.45=0.332Dmin=Dmax／(1-Dmax)K+Dmax6) CORE查表100W 选择EER42／15 Ae=183mm2(1.83cm2) Bs=390mT(3900Gs)=0.39TCore=g/w(f=20k Hz REF)7) WIRE查表或SΦ=√I/3=√20/3=2.58mm 选"铜箔"为佳.PΦ=√2.04/3=0.82,选0.60X2r2*π(2.58/2)2*3.14=5.225 选择19#,Φ=0.98*7 (0.98/2)2*3.14*7=5.277（4Pin并绕）8) Ig=(0.4*3.14*1.6*10-3*2.042／1.83*19502 )*108=0.12cmIg=0.4πLpIpk2／Ae* ΔB29) Np=1950*0.12／0.4*3.14*2.04=91.32T . Np=(0.0016*2.04／1.83*1950)*108=91.46TNp=ΔB*Ig／0.4π*Ipk Np=Lp*Ipk ／Ae*ΔB10) Ns=(5+1)*(1-0.45)*91／218*0.45=3.06T 11）P=1/2*1.6*2.042*30=96WNs=(V O+V D)*(1-Dmax)*Np／Vimin* Dmax P=1/2LI2*f单端正激励(FORWARD)设计例题一输入电压﹒Vi= 48V (36~60V), 额定输出电压﹒电流﹒V o=5.0V﹒Io=11A 额定输出功率55W. 最大输出功率65Wf=470kHz (450~500 kHz) δmax=0.42 η=82设计步骤: 选择PC50. 3F3. N49等材质选PC50. EPC25.Ae: 46.4mm2. Le: 59.2mm. B S: 3800G S1): Ipk= Ic= 2POUT / Vinmin= 2*65 / 36= 3.6A2): Np= Vinmax*108 / (4FBmax*Ae) 取Bmax=2000G= 60*108 / (4*450K*2000G*0.464)= 4TS, 调整为6TS3): Ns= Np *(Vo+V D) / (Vi*δmax)= 4* (5.5+1)/(36*0.42)= 1.7TS 调整为2TS4): 反馈绕组. N= Np*(15+1) / (36*0.42)= 6*16/(36*0.42)= 6TS5): 选择绕组线径Np: Φ0.1*120CNs: Φ0.1*200CN: Φ0.256): 由于为安全电压.故不须包MARGIN TAPE.单端正激励(FORWARD)设计例题二输入电压﹒Vi= 100V (85V~135V),额定输出电压﹒电流﹒V o=5.0V(4.5-5.5)﹒Io=20Af=200kHz δmax=0.42设计步骤: 选择PC40..TP4等材质选TP4. EE28C.Ae: 87.4mm2. B S: 3800G S 取Bmax=2000G1): T=1/fo=1/200K=5us2): Tonmax=T*Dmax=5*0.42=2.1us3): V2min=(Vo+VL+VF)*T/Tonmax=(5.5+0.2+0.5)*5/2.1=14.8V4): n=V2min/V1min=14.8/100=0.1485): N2=(V2min*Tonmax/Bs*Ae)*104 =(14.8*2.1/2000*87.4)* 104=1.83T︽2T6): N1 =N2/ n=2/0.148=13.5T︽14TTonmax=(Vo+VL+VF)*T/ V2min=2.09 Dmax= Tonmax/T=2.09/5=0.418︽0.42优化设计举例1）绕线空间设计: 变压器绕线空间设计得好﹐使其耦合传递最佳﹐发挥功率更佳﹐干扰更小﹐例一﹐ETD44 A V 音响主功率变压器1－2 Φ0﹒35 X7 25T1－2 Φ0﹒21 X10X2 25T 7－9 Φ0﹒35 X9 5T 7－9 Φ0﹒35 X9 5T2－3 Φ0﹒21 X10X2 25T2－3 Φ0﹒35 X7 25T减小绕线高度﹐对理线较合理﹒例二﹐EI22 DVD 辅助变压器1－X Φ0﹒30 8T1－2 Φ0﹒25 16T 6--8-------------------- 6--8-------------------- 6--9--------------------6--9--------------------X －2 Φ0﹒30 8T1－2 Φ0﹒25 16T 增强耦合性能﹐采用并联绕线﹐合理安排接线工艺﹐减小漏感﹒例三﹐EER28 DVD 主功率变压器3--4 Φ 0.40 25T 17--15 Φ0.40X2 4T 4--2 Φ 0.40 25T 14--13----------------------2--1 Φ 0.40 25T3--4 Φ 0.40 25T 17--15 Φ0.40X5 4T 4--2 Φ 0.40 25T 14--13----------------------2--1 Φ 0.40 25T加大耦合﹐减小漏感﹐提高负载能力﹒17--15 Φ0.40X2 4T随着变压器的小形化﹐可以根据爬电距离来实现安全性能要求﹐设计产品的目的﹐主要满足用户要求﹐符合安全性能规定﹒1﹒干燥空气爬电耐压距离﹕ 经验距离为1mm /1000V ﹒2﹒TAPE （0﹒025／0﹒065）P －S 三层规定﹕ 1层>4000V 延伸变形后＞1500V ﹒ 3﹒S 线圈－S 线圈之间爬电耐压距离﹕ ＞1500V＞1.5mm ﹒4﹒边缘胶带MARGINTAPE 爬电耐压距离﹕ 边缘安胶W=3mm 可根据Vi 电压W1.5－2.mm ﹒ 5﹒采用TEX －E 线解决耐压距离﹕三重绝缘线 层>6000V 延伸变形后耐压下降﹒6﹒胶带绝缘层解决耐压距离﹕ 胶带村垫SOL一层SPC 二层﹐反贴胶带等﹒7﹒规格耐压条件(3.0KV/60’ 2mA) 制程条件UL3.0KV ＊1.2倍/2’ 2mA ﹒ 8﹒层间耐压要求﹕3）开关变压器的参数分析1.关于集肤效应可选用多股线（满足b>a a=r2πb= r2π*x x= x股线）满足高频负载电流﹐降低变压器温升﹒2. 关于L k与Cp是一对矛盾﹐一般要求变压器平衡L k与Cp参数﹐L k不要追求愈小愈好﹐Cp 的增加会引起噪声的增加﹒开关变压器GAP&L K1﹒气隙GAP设计大小与所需要的传递能量有关﹐GAP大气隙长度增加也就是气隙体积增加﹐电感下降﹒GAP小容易引起电感饱和﹒2﹒气隙GAP传递能量大小与使用的工作频率有关﹐高频时（＞60KHZ）磁芯损耗加大﹒3﹒LEAKAGE漏感﹕初级绕组P&S次级主绕组相邻紧密﹐耦合面积大﹐（P﹒S夹绕）漏感量小﹒S次级主绕组如果匝数少﹐疏绕或者增加匝数﹐也可减小漏感量﹒。