反激变压器计算实例
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输出电压Vo:
输出电流Io:6A
输出功率Po:166W
效率η:
输入功率Pin:195W
一、输入滤波电容计算过程:
上图为整流后滤波电容上电压波形,在最低输入电压下,如果我们想在滤波电容上得到的电压Vdc为115V,则从上图可以得到:
Vpk=90*=127V
Vmin=Vdc-(Vpk-Vdc)=103V
将电源模块等效为一个电阻负载的话,相当于在T3时间内电容对恒定功率负载进行放电,电容电压降低(Vpk-Vmin)V。
Idc*T3=C*△V
其中:
△V=Vpk-Vmin=127-103=24V
关键部分在T3的计算,T3=t1+t2,t1为半个波头,时间比较好算,对于50Hz的交流来说,t1=5mS,然后就是计算t2,其实t2也很好计算,我们知道交流输入电压的公式为
Vx=Vpksinθx,根据已知条件,Vx=103V,Vpk=127V,可以得到θx=54度,所以t2=54*10ms/180=3mS, T3=t1+t2=8mS。
C=*8/24==570uF
二、变压器的设计过程
变压器的设计分别按照DCM、CCM、QR两种方式进行计算,其实QR也是DCM的一种,不同的地方在于QR的工作频率是随着输入电压输出功率的变化而变化的。
对于变压器磁芯的选择,比较常用的方法就是AP法,但经过多次具体设计及根据公司常用型号结合,一般可以直接选择磁芯,象这个功率等级的反激,选择PQ3535的磁芯即可。磁芯的参数如下:AE=190mm2,AL=4300nH,Bmax≥
1)DCM变压器设计过程:
开关频率选择80K,最大占空比选择,全范围DCM,则在最低输入电压Vdc下,占空比最大,电路工作在BCM状态,根据伏秒平衡,可以得到以下公式,
Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax),
从而计算反射电压为Vor=95V
匝比 n=Vor/(Vo+Vf)= Vf为整流二极管压降
计算初级匝数
计算副边匝数 Ns=Np/n=,选择7匝,
则原边匝数调整为 Np=*7=23匝
计算辅助绕组匝数,输出电压变化范围按照设计,要求在20V输出下辅助绕组能正常供电,所以,辅助绕组选择4匝。
初级电感量 Po=*I*I*F/η I=Vinmin*Dmax/(L*F)
,
将各个参数代入,得到L值 L=78uH
初级电流峰值:
A
F
L
D
Vdc
Ipk L9.8
10
80
10
78
48
.0
115
max
3
6
=
*
*
*
*
=
*
*
=
-
初级电流有效值:A D Ipk I L L RMS 6.33max =*= 次级电流有效值:A D n Ipk Irms L 3.123
max 1=-**= 根据电流有效值,可以选择变压器线径,根据匝数绕电感后,调整气息使电感量满足要
求,即可得到合适的变压器。
以下黄色字体部分,是根据batteryli 提到,对于DCM ,变压器的△B 值可以适当选的
大一些,从而降低匝数减小漏感,可以减小尖峰。因此按照△B=设计的变压器。 开关频率选择80K ,最大占空比选择,全范围DCM ,则在最低输入电压Vdc 下,占空比
最大,电路工作在BCM 状态,根据伏秒平衡,可以得到以下公式,
Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax),
从而计算反射电压为Vor=95V
匝比 n=Vor/(Vo+Vf)= Vf 为整流二极管压降
计算初级匝数
计算副边匝数 Ns=Np/n=,选择5匝,
则原边匝数调整为 Np=*5=17匝
计算辅助绕组匝数,输出电压变化范围按照设计,要求在20V 输出下辅助绕组能正常供电,所以,辅助绕组选择3匝。
初级电感量 Po=*I*I*F/η I=Vinmin*Dmax/(L*F)
,
将各个参数代入,得到L 值 L=78uH
根据电流有效值,可以选择变压器线径,根据匝数绕电感后,调整气息使电感量满足要
求,即可得到合适的变压器。
2)CCM 变压器设计过程:
CCM 变压器的设计,必须首先确定一个负载点,在该状态下,变压器工作在BCM 状态下,
如果负载继续增加则进入CCM ,如果负载减小,则进入DCM ,一般情况下,我会选择最低输
入电压下额定负载的70%为BCM 状态。
计算初级匝数
从上面得计算结果可以看到,无论是DCM 还是CCM ,其实对于同一个变压器来说,初级
匝数是不变的。
70%负载情况下,输出功率为=*6*=116W ,因此峰值电流为
A D V P I dc PK 94.485
.0*48.0*11511622max 7.07.0=*=***=η,
从这个时刻,如果继续增加负载电流,变压器进入CCM 状态,占空比不变,所以,峰峰
值电流也就是这个值,因此ΔI=
满载情况下,输入平均电流
A V p I dc in in 7.1115
195=== 设峰值电流为I PK 则 (I PK +×D/2=in I
I PK =6A
根据△I 占Ipk 的比例,确定△Bmax ,△Bmax/Bmax=△I/Ipk 得到△Bmax=*6=,选择△B 为,
计算变压器原边匝数
根据伏秒平衡,可以得到以下公式,
Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax),
从而计算反射电压为Vor=95V
匝比 n=Vor/(Vo+Vf)= Vf 为整流二极管压降
副边匝数 Ns=18/=,选择6匝,
原边匝数调整为 Np=*6=20
计算辅助绕组匝数,输出电压变化范围按照设计,要求在20V 输出下辅助绕组能正常供
电,所以,辅助绕组选择4匝。
根据△I=Vdc*Dmax/Lp*F ,可以得到变压器原边电感值
uH F I D V L dc p 14010*80*94.448.0*1153
max ==*∆*= 3)QR 模式变压器的设计过程
最低输入电压103V ,最大占空比Dmax 选择,在最低输入电压情况下,变压器工作在临
界模式,则根据伏秒平衡
Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax),
Vor= Vdc*Dmax/(1-Dmax)
=103*()
=95V
匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=95/+1)=
采用0B2203,如果全范围内都工作在QR 状态下,则在同一负载条件下,工作频率只跟
随输入电压变化,频率变化比如下:
2
)(1)(1⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+*++*+=H L L H Vdc Vf Vo n Vdc Vf Vo n Fs Fs , 将Vo=、Vf=1V 、VdcL=115V 、n=、VdcH=360V 代入,可以得到FsH=,如果将低压满载工作频
率设置在50k ,则高压满载工作频率则工作在*50= k 。
变压器工作在QR 模式时,MOS 管开通时,变压器原边储存能量,在MOS 关关闭时刻完
全传递到副边,每个周期变压器原边储存的能量为
25.0I L P *= 变压器传递到副边的总能量等于每个周期传递的能量与频率的乘积,所以