开关电源变压器设计.docx
开关电源变压器设计1 .前言2 .变压器没计原则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培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 满教时峰值电流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 计算原边绕蛆、副边绕组的线径，估算窗口占有率5.实例设计一12WFIybaCk变压器设计1.tw.反激变换卷优点：电路结构简洁成本低廉简洁得到多路输出应用广泛，比较适合100W以卜的小功率电源设计难点变压器的工作模式随着输入电压与负载的改变而改变低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式（CCM）高输入电压，轻栽条件下变压器工作在非连续电流模式（DCM）2 .变压叁期原则温升安规对变压器温升有严格的规定。C1.aSSA的肯定温度不超过90°C;C1.aSSB不能超过110"Co因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必需遵循的准则。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，体积和拈质最优化，是开关电源设计者努力的方向。3 .系第输入粕格输入电压：Vacmin-Vacmax输入频率：N输出电压:Vo输出电流：I。工作频率：fs输出功率：Po预估效率：最大温升：40C4.0变压卷设计步It4.1选界开关管和输出整流二极管开关管MoSFET:耐压值为Vmos输出二极管:肖特基二极管最大反向电压VD正向导通压降为VF考虑开关器件电压应力的余量：(Typ.=20%)开关ON：0.8V1.i>V,nmaxNVo开关OFF:0.8Vmos>N(Vo-f-Vf)+Vinmsvs43确定北低入电压和量大占空比输入滤波电容：2F3FW最低输入电压(假设tc=3ms)-rr22XPin(2-及)V,nmm=(21.ocmin)q最低输入电压，最大功率时，占空比最大DnWeN(Vo+Vf)DmM=N(V0+V)+V1.nm1.n低输入电压时,负载从轻战到重载，变压器经验从DCMBCM-CCM的过程4.5计算初级临界电流均值和峰值依据最小输入电压，最大输出功率(PomaX)的条件计算P°=1.3P°max时，变换器工作在BCMPo<1.3P°xna时，变换器工作在DCMPo>1.3PomaxHj,变换器工作在CCM2×tn-avgBCM模式卜.，最小输入电压时的平均输入电流1T=3"Pininavg'VEmin变压器初级临界电流峰值4.6 计算变压器初级电量最低输入电压，BCM条件下，最大通时间Tgmax1TXDmax变压器初级电感破匕nmtnXnmax1.P=4.7 选舞蛔H惦基于输出功率和开关频率计算面积乘积，依据面积乘积来选择磁芯APp-PoXIO62××K,×Kc×fs×Bm×jKJ是曲的铜填充系数：取Ko=0.4K是磁芯填充系数；对于铁气体磁芯取Kf=IBm是变压器工作磁通密度，取BfBsatj是电流密度，取j=4.2Amm2考虑绕线空间，尽址选择窗口面积大的碳芯，查表选择AW和Ae4.8 计算变压卷初级、次级匝数、博助统坦瓦数和气除长度初级绕蛆的匝数VinminXtonmax一CaW1.AXB.Xi。'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，质数减小5%会使磁芯损耗增加15%次级绕组匝数Ns=NpN协助绕组匝数NCC=(VmNJ(V0+Vf)0.411×Ae×N2气隙长度：IR：1.P4.9 ，武时峰值电漉CCM时，TonaX固定不变输入电压不变，BCM的Tga等于CCM的Tt)ngTonmaX内，电感电流线形上升增量4.10 大工作谶芯密度Bb-XIO8<Bsat假如BmMBW,则证明所选择的磁芯通过，否则应重新选择4.11 计算变压善初级电流、"边电流的有效值/梯形波电流的中值：1.=Ipk-H电流直流重地：IdC=DmaX×1.电流有效值：IPfmS=1.Dmax电流沟通重量：&=40m*(1.-DmaQ4.12 计算摩边绕起、通边触!的线径，枯算窗口占存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：Sp=Iprm8（八）/4(Amm?)副边绕组：Ss=I5rm(A)/4(/mm2)线径与根数集肤深度S=6.61/Cm导线线径不超过集肤深度的2倍，若超过集肤深度，则需多股并统依据安规要求考虑加肯定宽度的挡墙窗口占有率K0AwNFXnXK+NJ”*+N°×RXRK4.13 计算统组的铜损依据导线的电阻和集肤深度，确定每个绕组的铜损耗总损耗肯定要小于预算损耗，温升阅历公式8。0XPIoss4.14 变压卷院线结构与工艺骨架的选取：累计高度、宽度统法：初级和次级交织式（三明治）绕法：漏感小NauxI2NpNs1.2Np屏蔽层Bobbin5.设计实例-12W开关电源变压叁设计5.1 系就输入规格输入电压：90Vac265Vac输入频率：50Hz输出电压：12V输出电流：1.OA输出功率：Po=12W开关频率：50kHz预估效率：075输入最大功率：Pin=16W变压器最大温升：40C5.2 开关管MOSFET礴出整管开关管MOSFET耐压：Vm。尸600V输出二极管：反向压降Vd=100V（正向导通压降Vf=0.5V）5.3 计算变压卷质比0.8Vd>VinmaxN+Vo0.8×100>375/N+120.8Vmas>N'(Vo+VpJ+Vinmtx0.8×600>NX(12+0.5)+3755.5 <N<8.45.4 ，低输入电压和大占空比选择C1.n=22F最低输入电压：；1.72XP”,(Jjv,nm,n(2Vacmin)Cm最大占空比：N(九+七)6X12.5DmaX-N(几+V7)+V1.nm1.n6×12.5+75.5 计算初级除界电流均值和峰值1.P16h"一3/-0.07AT1.272，70.49取/V=6=IPkI=2×I（n-avg2X0.07=0.285A5.6 大导道时间和初级电最大导通时间：TonmaxXDmaX=98sVtnmin×Tonmax77×9.8×106变压器初级电感量：1.P=-2.7mHWr1.u.Zob5.7 变压寿谶芯.积12×10APp=0.066cnrp2×0.75×0.42×50×IO3X1600X4（铁轼体磁芯Bfcat=3900G,JRBm=1600G）查表EF20Ac=0.335cm2,AW=0.6048cm2AP=Aw*Ap=0.202Cm2>0.066cm*5.8 变压卷初级匝效、次莪匝效、协助塌超匝效和弋长度77×9.8X10-6M,FREmXI。=1407取Np=I40TsUJ5>XIbUUNs=140/6=23.3Ts取NM=23TsNCC=19×23/12.535Ts0.4Tr×33.5×1402=0.2mm2.65.9 清战时峰值电漉、量大工作出1密度+0.14=0.56APo/A1.p161.pk2=Vinmin×Dmax+2=77×0.49Bmax1.p×Ipk2Ae×Np2.6XIO7×o.56-0.335×140XIQ8三3100G<3900G电流有效值Ipm8三0.29A电流沟通值U=0.208A电流有效值1.rm=1.38A电流淘通值IIIC=0.959A5.10 变压卷初级电流、甯边电流的球值原边各电流：电流中值IPa=O42A电流直流值Ipdc=0.20A副边各电流：电流直流值1.dC=IA电流中值1.=I92A5.11 计算原边、副边绕坦的线径，估算窗口占有率线径与根数集肤深度6=6.61/三6.61/50×IO3-0.29Cm导线的横截面积:电流密度j=4.25A/mm?初级绕组：Sp=0.068mm20.25mm×1PRdc=4.523mcm(100C)副边绕组：Ss=0.328mm20.40mm×2PRrjc=0.892mcm(100C)VCC绕41：Scc=0.1/4.2=0.024mm20.1mm×2P窗口占有率：0.4×60.48140XnX0.1252+23×11×0.22+35×11×0.08224.213.6OK5.12 计算编限的悯损平均匝长Iov=23.5mm各绕蛆绕线长度：原边INP=I40X23.5=329Cm副边In8=23X23.5=54.0Cm各绕组直、沟通电阻：原边RPdC=1.45。Rimc=2.38副边RiIdC=O024CRZ=O.038C各绕组损耗:Pu=0.30WVCC绕组电流过小，忽视绕组损耗PP=pr盍SXRPdC+pacXRPaC=0.22W,Ps=fsrmsXRSdC+XRSaC=0.081V5.13 计算统蛆的帼R计算铁损：查磁芯损耗曲线，PC40在AB=0.15T时为80mW/cm3铁损PFe=80×1.5=0.12W估算温升总损耗Pg=012+0.300.42W800×0.42阅历公式34×33,5X60.48=22-4。设计OK5.14 变压寿统线结构与工艺绕线宽度高度累计查EF20Bobbin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总高度=0.275×4+0.52X一绝缘带每层35T,W3=9.1mm(0.1mm×2P)2+0.13X3+0.03×7=2.74mm绕线结构次级-初级次级StepWindingMateria1.StartTurnsFinishRemark1N1.Tr
