反激变压器计算实例

精品文档 1欢迎下载 技术要求 输入电压 Vin 90 253Vac 输出电压 Vo 27 6V 输出电流 Io 6A 输出功率 Po 166W 效率 0 85 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 1 414 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 Vpksin x 根据已知条件 Vx 103V Vpk 127V 可以得到 x 54 度 所以 t2 54 10ms 180 3mS T3 t1 t2 8mS C 1 7 8 24 0 57mF 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 0 32T 1 DCM 变压器设计过程 开关频率选择 80K 最大占空比选择 0 48 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 精品文档 2欢迎下载 从而计算反射电压为 Vor 95V 匝比 n Vor Vo Vf 3 32 Vf 为整流二极管压降 计算初级匝数 计算副边匝数 Ns Np n 6 32 选择 7 匝 则原边匝数调整为 Np 3 32 7 23 匝 计算辅助绕组匝数 输出电压变化范围按照 20 27 6V 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 0 5L I I F 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 FL DVdc Ipk L 9 8 10801078 48 0 115max 36 初级电流有效值 A D IpkI L L RMS 6 3 3 max 次级电流有效值 A D nIpkIrms L 3 12 3 max1 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 0 2 设计的变压器 开关频率选择 80K 最大占空比选择 0 48 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 3 32 Vf 为整流二极管压降 计算初级匝数 计算副边匝数 Ns Np n 4 8 选择 5 匝 则原边匝数调整为 Np 3 32 5 17 匝 计算辅助绕组匝数 输出电压变化范围按照 20 27 6V 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 0 5L I I F 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 FL DVdc Ipk L 9 8 10801078 48 0 115max 36 初级电流有效值 A D IpkI L L RMS 6 3 3 max 次级电流有效值 A D nIpkIrms L 3 12 3 max1 精品文档 3欢迎下载 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 P0 7 27 6 6 0 7 116W 因此峰值电流为 A DV P I dc PK 94 4 85 0 48 0 115 11622 max 7 0 7 0 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 I 4 94A 满载情况下 输入平均电流 A V p I dc in in 7 1 115 195 设峰值电流为 IPK则 IPK IPK 4 94 D 2 in I IPK 6A 根据 I 占 Ipk 的比例 确定 Bmax Bmax Bmax I Ipk 得到 Bmax 4 94 0 32 6 0 26T 选择 B 为 0 18T 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 3 32 Vf 为整流二极管压降 副边匝数 Ns 18 3 32 5 4 选择 6 匝 原边匝数调整为 Np 3 32 6 20 计算辅助绕组匝数 输出电压变化范围按照 20 27 6V 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 FI DV L dc p 140 10 80 94 4 48 0 115 3 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 0 48 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 0 48 1 0 48 95V 匝比 n Vor Vo Vf 95 27 6 1 3 32 精品文档 4欢迎下载 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 VfVon Vdc VfVon Fs Fs 将 Vo 27 6V Vf 1V VdcL 115V n 3 32 VdcH 360V 代入 可以得到 FsH 2 25FsL 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 2 25 50 112 5 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 2 5 0ILP 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 FILpo 2 5 0 原边峰值电流可以通过下式得到 FL DVdc I max 将 Po 166W 0 85 Vdc 115V Dmax 0 48 F 50K 带入上式可以得到变压器原边电 感 L 156uH 在最低输入电压情况下 初级峰值电流最大 初级电流峰值最大值 A FL DV Ipk L 34 6 105010156 48 0103maxmin 36 初级电流波形为三角波 所以有效值为 A D IpkI L L RMS 54 2 3 max 次级电流有效值 A D nIpkIrms L 81 8 3 max1 则初级绕组匝数 匝26 20 0 10190 34 6 10156 6 6 me L p BA IpkLp N 次级绕组匝数 Ns 26 3 32 8 匝 选择 8 匝 则原边调整为 27 匝 由于负载为两串铅酸蓄电池 最低充电电压按照 20V 计算 辅助绕组选择 4 匝 MOS 管的选择 初级峰值电流 6 34A 按照 1 5 倍余量选择 MOS 管电流选择 6 34 1 5 9 5A 输入电压最高值 360V 反射电压 95V 考虑尖峰电压 100V MOS 管耐压按照 0 85 的 余量选择 则 MOS 管耐压应不低于 V VpkVorVin V653 85 0 max 库存 MOS 管中 满足电压电流条件的型号为 FQA13N80 所以选择该型号 MOS 管 精品文档 5欢迎下载 输出二极管的选择 变压器变比 27 8 当输入电压最高时 折算到副边的电压为 360 8 27 107V 因此二极管承受的反向电压为 107