开光电源变压器设计

一、正激式开关电源高频变压器NO待求参数项详细公式1副边电压VSVSVPNS/NP2最大占空比ONMAXONMAXVO/VS051、ONMAX的概念是指根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。2、05是考虑输出整流二极管压降的调整值，以下同。3临界输出电感LSOLSOVS05VS05VOONMAX2/2FPO1、由能量守恒1/T0TONVSVSVOT/LSODTPO2、TONON/F4实际工作占空比ON如果输出电感LSLSOONONMAX否则ON2FLSPO/VS05VS05VO1、由能量守恒1/T0TONVSVSVOT/LSDTPO2、TONON/F5导通时间TONTONON/F6最小副边电流ISMINISMINPOVS05VS05VOON2/2FLS/VS05ON1、由能量守恒1/T0TONVSVSVOT/LSISMINDTPO2、TONON/F7副边电流增量ISISVS05VOTON/LS8副边电流峰值ISMAXISMAXISMINIS9副边有效电流ISISISMIN2ISMINISIS2/3ON1、IS1/T0TONISMINIST/TON2DT2、ONTON/T10副边电流直流分量ISDCISDCISMINIS/2ON11副边电流交流分量ISACISACIS2ISDC212副边绕组需用线径DSDS05IS电流密度取5A/MM213原边励磁电流ICICVPTON/LP14最小原边电流IPMINIPMINISMINNS/NP15原边电流增量IPIPISNS/NPIC/16原边电流峰值IPMAXIPMAXIPMINIP17原边有效电流IPIPIPMIN2IPMINIPIP2/3ON1、IP1/T0TONIPMINIPT/TON2DT2、ONTON/T18原边电流直流分量IPDCIPDCIPMINIP/2ON19原边电流交流分量IPACIPACIP2IPDC220原边绕组需用线径DPDP055IP电流密度取42A/MM221最大励磁释放圈数NPNPNP1ON/ON22磁感应强度增量BBVPON/NPFSC23剩磁BRBR01T24最大磁感应强度BMBMBBR25标称磁芯材质损耗PFE100KHZ100KW/M3磁芯材质PC30PFE600磁芯材质PC40PFE45026选用磁芯的损耗系数108PFE/022410012108为调节系数27磁芯损耗PCPCVCB/224F1228气隙导磁截面积SG方形中心柱SGA/2B/2/ABSC圆形中心柱SGD/2/22/D/22SC29有效磁芯气隙ONP2SC/LPSC/AL1、根据磁路欧姆定律HLINP有空气隙时HCLCHOLOIPNP又有HB/IPVPTON/LP代入上式得BLC/CB/OVPTONNP/LP式中LC为磁路长度，为空气隙长度，NP为初级圈数，LP为初级电感量，B为工作磁感应强度增量；O为空气中的磁导率，其值为4107H/M；2、BVPTON/NPSC3、C为磁芯的磁导率，CEO4、E为闭合磁路（无气隙）的有效磁导率，E的推导过程如下由HCLCIPNPHCBC/CBC/EOIPVPTON/LPO得到BCLC/EONPVPTON/LPO又根据BCVPTON/NPSC代入上式化简得ELPOLC/ONP2SC5、LPO为对应NP下闭合磁芯的电感量，其值为LPOALNP26、将式步骤5代入4，4代入3，3、2代入1得LPNP2SC/SC/AL/O30实际磁芯气隙如果/LC0005如果/LC003ONP2SC/LP否则SG/SC31穿透直径DD1322/F32开关管反压UCEOUCEO2VINMAX2VINMAXNP/NP33输出整流管反压UDUDVO2VINMAXNS/NP34副边续流二极管反压UDUD2VINMAXNS/NP二、双端开关电源高频变压器设计步骤NO待求参数项详细公式1副边电压VS如果为半桥VSVPNS/2NP否则VSVPNS/NP2最大占空比ONMAXONMAXVO/VS051、ONMAX的概念是指根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。2、05是考虑输出整流二极管压降的调整值，以下同。3临界输出电感LSOLSOVS05VS05VOONMAX2/4FPO1、由能量守恒1/T01/2TONVSVSVOT/LSODT1/2PO2、TONON/F4实际工作占空比ON如果输出电感LSLSOONONMAX否则ON4FLSPO/VS05VS05VO1、由能量守恒1/T01/2TONVSVSVOT/LSDT1/2PO2、TONON/F5导通时间TONTONON/F6最小副边电流ISMINISMINPOVS05VS05VOON/4FLS/VS05ON1、由能量守恒1/T01/2TONVSVSVOT/LSISMINDT1/2PO2、TONON/F7副边电流增量ISISVS05VOTON/2LS8副边电流峰值ISMAXISMAXISMINIS9副边有效电流ISIS1VSVO05/VO05ISMIN2ISMINISIS2/3ON1、IS2/T01/2TONISMINIST/TON/22DT01/2TOFFISMINIST/TOFF/22DT2、当工作在断流模式时，上式中的TOFF不能采用TTON计算，因磁能会在未达到TOFF终了前释放完毕，造成计算错误，这里的TOFF应由磁通复位原则求得TOFFVSVO05TON/VO053、ONTON/T10副边电流直流分量ISDCISDC1VSVO05/VO05ISMINIS/2ON1、ISDCISMINIS/2TON/TISMINIS/2TOFF/T2、如前述TOFFVSVO05TON/VO053、上述计算假设初级电感量足够大，从而忽略其对负载的影响。11副边电流交流分量ISACISACIS2ISDC212副边绕组需用线径DSDS05IS电流密度取5A/MM213原边励磁电流IC如果ON05ICVPTON/2LP否则ICVP/4LPF1、对于双端电路，当ON05，即每个管导通占空比小于025时，磁通会每次在截止时间TOFF内回到0，所以，励磁电流增量ICVP/LPTON/22、ON05时，TOFFTON，磁通在截止时间TOFF内不能回到0，故每次TON初始时励磁电流IC0，然后上升至最大值，假设TOFF时间内磁通的回降曲线与TON时间内磁通的上升曲线一致，则ICVP/LPT/4VP/4LPF14最小原边电流IPMINIPMINISMINNS/NP15原边电流增量IPIPISNS/NPIC/16原边电流峰值IPMAXIPMAXIPMINIP17原边有效电流IPIPIPMIN2IPMINIPIP2/3ON1、忽略初级电感量的影响（磁能很小或不在TOFF时间内经初级回授），留过初级的电流为三角波或梯形波（IPMIN大于0时），故IP2/T01/2TONIPMINIPT/TON/22DT2、ONTON/T18原边电流直流分量IPDCIPDCIPMINIP/2ON19原边电流交流分量IPACIPACIP2IPDC220原边绕组需用线径DPDP055IP电流密度取42A/MM221磁感应强度增量B如果ON05BVPON/2NPFSC否则BVP/4NPFSC1、对于双端电路，当ON05，即每个管导通占空比小于025时，磁通会每次在截止时间TOFF内回到0，所以，BVP/NPSCTON/2VPON/2NPFSC2、ON05时，TOFFTON，磁通在截止时间TOFF内不能回到0，故每次TON初始时励磁电流IC0，然后上升至最大值，假设TOFF时间内磁通的回降曲线与TON时间内磁通的上升曲线一致，则BVP/NPSCT/4VP/4NPFSC22最大磁感应强度BMBMB23标称磁芯材质损耗PFE100KHZ100KW/M3磁芯材质PC30，PFE600磁芯材质PC40，PFE45024选用磁芯的损耗系数108PFE/022410012108为调节系数25磁芯损耗PCPCVCB24F1226气隙导磁截面积SG方形中心柱SGA/2B/2/ABSC圆形中心柱SGD/2/22/D/22SC27有效磁芯气隙ONP2SC/LPSC/AL1、根据磁路欧姆定律HLINP有空气隙时HCLCHOLOIPNP又有HB/IPVPTON/LP代入上式得BLC/CB/OVPTONNP/LP式中LC为磁路长度，为空气隙长度，NP为初级圈数，LP为初级电感量，B为工作磁感应强度增量；O为空气中的磁导率，其值为4107H/M；2、BVPTON/NPSC3、C为磁芯的磁导率，CEO4、E为闭合磁路（无气隙）的有效磁导率，E的推导过程如下由HCLCIPNPHCBC/CBC/EOIPVPTON/LPO得到BCLC/EONPVPTON/LPO又根据BCVPTON/NPSC代入上式化简得ELPOLC/ONP2SC5、LPO为对应NP下闭合磁芯的电感量，其值为LPOALNP26、将式步骤5代入4，4代入3，3、2代入1得LPNP2SC/SC/AL/O28实际磁芯气隙如果/LC0005如果/LC003ONP2SC/LP否则SG/SC29穿透直径DD1322/F30开关管反压UCEO如果为半桥UCEO2VINMAX否则UCEO2VINMAX231输出整流管反压UDUD2VSMAX一般考虑到效率，输出整流不会采用全桥。如采用全桥整流，则；UDVSMAX注1、对于双端电路，变压器初级电感量要足够大（一般磁芯不留气隙），否则，初级在TON时间内储存的磁能足够大而不能忽略，因磁能会在TOFF时间内传递给负载，从而影响占空比ON，这样在做电路分析时，就需要兼顾其影响而变得复杂。2、在本设计程序中，未考虑初级电感量对负载和占空比ON的影响。三、反激式开关电源高频变压器设计步骤NO待求参数项详细公式1最大占空比ONMAXONMAXVONP/NS/VPVONP/NS1、ONMAX的概念是指根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。2、由VPTONNVOTOFF且TONTOFFTSTOFFTSTONNNP/NS得VPTONNVOTSNVOTON则TONNVOTS/VPNVO于是TON/TSNVO/VPNVOVONP/NS/VPVONP/NS3、这里未考虑输出整流二极管压降。2临界电感LPO如果为PWM式LPOONMAX2VP2/2FPO如果为自激式LPOLP1、所谓临界电感量，是指在TON时间内，变压器初级积聚的能量刚好满足输出功率的要求，对于自激式电路中，假定在理想状态下，TOFF时间储能释放完毕后开关管立即导通，则初级选择任何电感量值，也是该电路的临界电感量LPO。2、根据能量守恒；1/2LI2/TPO/而IVPTON/LP或由1/T0TONVPVPT/LPDTPO/得VP2TON2/2TLPPO/即LP2VP2/2POF3自激式电路工作频率FFVP22/2LPPO对于自激式电路，我们假定TOFF时间储能释放完毕后开关管立即导通，根据能量守恒定律，在TON时间内，变压器初级积聚的能量应刚好足够满足输出功率的要求，即1/T0TONVPVPT/LPDTPO/得VP2TON2/2TLPPO/TON22TLPPO/VP22LPPO/VP2F而TON/F代入上式化简得FVP22/2LPPO4实际工作占空比ON如为PWM式且ONMAX2VP2/2FLPPO/ON2FLPPO/VP2否则ONONMAX1、当PWM电路在TON时间内，变压器初级积聚的能量增量小于或等于满足输出功率要求时，电路工作在连续或临界状态，ONONMAX。2、自激式电路工作在临界状态，故ONONMAX。3、当PWM电路在TON时间内，变压器初级积聚的能量增量大于满足输出功率要求时，电路工作在断流状态，故根据能量守恒1/T0TONVPVPT/LPDTPO/得VP2TON2/2TLPPO/即LP2VP2/2POF推出ON2FLPPO/VP25导通时间TONTONON/F6最小原边电流IPMINIPMINPO/ONMAXVPONMAXVP/2FLP1、根据能量守恒PI0TONVPIPMINVPT/LPDT/TS得PIVPIPMINVPTON/2LPPO/即IPMINPO/VPVP/2LPF2、如电路工作在断流状态，则计算值会小于0，这时应取IPMIN07原边电流增量IPIPTONVP/LP8原边电流峰值IPMAXIPMAXIPMINIP9原边有效电流IPIPIPMIN2IPMINIPIP2/3ON1、IP1/T0TONIPMINIPT/TON2DT2、ONTON/T10原边电流直流分量IPDCIPDCIPMINIP/2ON11原边电流交流分量IPACIPACIP2IPDC212原边绕组需用线径DPDP055IP电流密度取42A/MM213最小副边电流ISMINISMINIPMINNP/NS14副边电流增量ISISIPNP/NS15副边有效电流ISISONISMIN2ISMINISIS2/3VPNS/VONP1、由IS1/T0TOFFISMINIST/TOFF2DT得ISISMIN2ISMINISIS2/3TOFF/T2、当工作在断流模式时，上式中的TOFF不能采用TTON计算，因磁能会在未达到TOFF终了前释放完毕，造成计算错误，这里的TOFF应由磁通复位原则求得VPTONNVOTOFFNNP/NS得TOFFVPTONNS/NPVO3、如将ISMINIPMINNP/NS，ISIPNP/NS，IPTONVP/LP代入公式得ISONVPNP/NSVOIPMIN2IPMINVPON/LPFVP2ON2/3LP2F216副边电流直流分量ISDCISDCIO17副边电流交流分量ISACISACIS2ISDC218副边绕组需用线径DSDS05IS电流密度取5A/MM219磁感应强度增量BBVPON/NPFSC20剩磁BRBR01T21标称磁芯材质损耗PFE100KHZ100KW/M3磁芯材质PC30，PFE600磁芯材质PC40，PFE45022选用磁芯的损耗系数108PFE/022410012108为调节系数23磁芯损耗PCPCVCB/224F1224气隙导磁截面积SG方形中心柱SGA/2B/2/ABSC圆形中心柱SGD/2/22/D/22SC25有