史上最酷的反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計

反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù)，如占空比D，最大峰值電流，設(shè)計反激式變壓器，就是要讓反激式開關(guān)電源工作在一個合理的工作點上。這樣可以讓其的發(fā)熱盡量小，對器件的磨損也盡量小。同樣的芯片，同樣的磁芯，若是變壓器設(shè)計不合理，則整個開關(guān)電源的性能會有很大下降，如損耗會加大，最大輸出功率也會有下降，下面我系統(tǒng)的說一下我算變壓器的方法。

算變壓器，就是要先選定一個工作點，在這個工作點上算，這個是最苛刻的一個點，這個點就是最低的交流輸入電壓，對應(yīng)于最大的輸出功率。下面我就來算了一個輸入85V到265V，輸出5V，2A 的電源，開關(guān)頻率是100KHZ。

第一步就是選定原邊感應(yīng)電壓VOR，這個值是由自己來設(shè)定的，這個值就決定了電源的占空比。可能朋友們不理解什么是原邊感應(yīng)電壓，是 這樣的，這要從下面看起，慢慢的來，

這是一個典型的單端反激式開關(guān)電源，大家再熟悉不過了，來分析一下一個工作周期，當(dāng)開關(guān)管開通的時候，原邊相當(dāng)于一個電感，電感兩端加上電壓，其電流值不會突變，而線性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L,這三項分別是原邊輸入電壓，開關(guān)開通時間，和原邊電感量．在開關(guān)管關(guān)斷的時候，原邊電感放電，電感電流又會下降，同樣要尊守上面的公式定律，此時有下降了的Ｉ=VOR*toff/L,這三項分別是原邊感應(yīng)電壓，即放電電壓，開關(guān)管關(guān)斷時間，和電感量．在經(jīng)過一個周期后，原邊電感電流的值會回到原來，不可能會變，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的，等于下降了的，懂嗎，好懂吧，上式中可以用Ｄ來代替ＴＯＮ，用１－Ｄ來代替ＴO(shè)OF，移項可得，D=VOR/（VOR+VS）。此即是最大占空比了。比如說我設(shè)計的這個，我選定感應(yīng)電壓為80V，VS為90V ，則D=80/（*80+90）=0.47

第二步,確實原邊電流波形的參數(shù).

三個電流參數(shù),就是這個電流的有效值,電流有效值和平均值是不一樣的,有效值的定義還記得嗎,就是說把這個電流加在一個電阻上,若是其發(fā)熱和另處一個直流電流加在這個電阻上發(fā)熱效果一樣的話,那么這個電流的有效值就等于這個直流的電流值.所以這個電流的有效值不等于其平均值,一般比其平均值要大.而且同樣的平均值,可以對應(yīng)很多個有效值,若是把KRP的值選得越大,有效值就會越大,有效值還和占空比D也有關(guān)系,總之.它這個電流波形的形狀是息息相關(guān)的.我就直接給出有效值的電流公式,這個公式要用積分才能推得出來,我就不推了,只要大家區(qū)分開來有效值和平均值就可以了.

電流有效值=電流峰值*根號下的D*(KRP的平方/3-KRP+1)如我現(xiàn)在這個,電流有效值=0.419*根號下0.47*(0.36/3-0.6+1)=0.20A.所以對應(yīng)于相同的功率,也就是有相同的輸入電流時,其有效值和這些參數(shù)是有關(guān)的,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù),使有效值最小,發(fā)熱也就最小,損耗小.這便優(yōu)化了設(shè)計.

第三步,開始設(shè)計變壓器準(zhǔn)備工作.已知了開關(guān)頻率是100KHZ則開關(guān)周期就是10微秒了,占空比是0.47.那么TON就是4.7微秒了.記好這兩個數(shù),對下面有用.

第四步,選定變壓器磁芯,這個就是憑經(jīng)驗了,如果你不會選,就估一個,計算就行了,若是不行,可以再換一個大一點的或是小一點的,不過有的資料上有如何根據(jù)功率去選磁芯的公式或是區(qū)線圖,大家不妨也可以參考一下.我一般是憑經(jīng)驗來的.

第五步,計算變壓器的原邊匝數(shù),原邊使用的經(jīng)徑.計算原邊匝數(shù)的時候,要選定一個磁芯的振幅B,即這個磁芯的磁感應(yīng)強度的變化區(qū)間,因為加上方波電壓后,這個磁感應(yīng)強度是變化的,正是因為變化,所以其才有了變壓的作用,NP=VS*TON/SJ*B,這幾個參數(shù)分別是原邊匝數(shù),,最小輸入電壓,導(dǎo)通時間,磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅,一般取B的值是0.1到0.2之間,取得越小,變壓器的鐵損就越小,但相應(yīng)變壓器的體積會大些.這個公式來源于法拉弟電磁感應(yīng)定律,這個定律是說,在一個鐵心中,當(dāng)磁通變化的時候,其會產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓,這個感應(yīng)電壓=磁通的變化量/時間T再乘以匝數(shù)比,把磁通變化量換成磁感應(yīng)強度的變化量乘以其面積就可以推出上式來,簡單吧.我的這個NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15,得到88匝0.15是我選取的了值.算了匝數(shù),再確定線徑,一般來說電流越大,線越熱,所以需要的導(dǎo)線就越粗,,需要的線徑由有效值來確定,而不是平均值.上面已經(jīng)算得了有效值,所以就來選線,我用0.25的線就可以了,用0.25的線,其面積是0.049平方毫米,電流是0.2安,所以其電流密度是4.08,可以,一般選定電流密度是4到10安第平方毫米.記住這一點,這很重要.若是電流很大,最好采用兩股或是兩股以上的線并繞,因為高頻電流有趨效應(yīng),這樣可以比較好.

第六步,確定次級繞組的參數(shù),圈數(shù)和線徑.記得原邊感應(yīng)電壓吧,這就是一個放電電壓,原邊就是以這個電壓放電給副邊的,看上邊的圖,因為副邊輸出電太為5V,加上肖特基管的壓降,就有5.6V,原邊以80V的電壓放電,副邊以5.6V的電壓放電,那么匝數(shù)是多少呢,當(dāng)然其遵守變壓器那個匝數(shù)和電壓成正比的規(guī)律啦.所以副邊電壓=NS*(UO+UF)/VOR,其中UF為肖特基管壓降.如我這個副邊匝數(shù)等于88*5.6/80,得6.16,整取6匝.再算副邊的線徑,當(dāng)然也就要算出副邊的有效值電流啦,副邊電流的波形會畫嗎,我畫給大家看一下吧畫的不太對稱,沒關(guān)系,只要知道這個意思,就可以了.有突起的時間是1-D,沒有突起的是D,剛好和原邊相反,但其KRP 的值和原邊相同的這下知道了這個波形的有效值是怎么算的了吧,哦,再提醒一句,這個峰值電流就是原邊峰值電流乘以其匝數(shù)比,要比原邊峰值電流大數(shù)倍哦.

第七步確定反饋繞組的參數(shù),反饋是反激的電壓,其電壓是取自輸出級的,所以反饋電壓是穩(wěn)定的,TOP 的電源電壓是5.7到9V,繞上7匝,那么其電壓大概是6V多,這就可以了,記得,反饋電壓是反激的,其匝數(shù)比要和幅邊對應(yīng),懂什么意思嗎,至于線,因為流過其的電流很小,所以就用繞原邊的線繞就可以了,無嚴(yán)格的要求.

第八步,確定電感量.記得原邊的電流上升公式嗎I=VS*TON/L.因為你已經(jīng)從上面畫出了原邊電流的波形,這個I就是:峰值電流*KRP,所以L=VS.TON/峰值電流*KRP,知道了嗎,從此就確定了原邊電感的值.

第九步,驗證設(shè)計,即驗證一下最大磁感應(yīng)強度是不是超過了磁芯的允許值,有BMAX=L*IP/SJ*NP.這個五個參數(shù)分別表示磁通最大值,原邊電感量,峰值電流,原邊匝數(shù),這個公式是從電感量L的概念公式推過來的,因為L=磁鏈/流過電感線圈的電流,磁鏈等于磁通乘以其匝數(shù),而磁通就是磁感應(yīng)強度乘以其截面積,分別代入到上面,即當(dāng)原邊線圈流過峰值電流時,此時磁芯達(dá)到最