输入电容及DCM-CCM-QR变压器计算

1、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 ti： 0. 85输入功率Pin： 195W一.输入滤波电容计算过程：Vpeak Vdc Vmin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*L 414=127VVmin=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时间电容对恒定功率负载进行放电， 电容电压降低(Vpk-Vmin) VoIdc*T3=C*AV其中:Ronvdc166O.Q5tl

2、l5二 1.7AAV=Vpk-Vmin=127-103=24V关键部分在T3的计算，T3=tl+t2, tl为半个波头，时间比较好算，对于50Hz的交流来 说，tl=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=Vpksi n()x,根据已知条件，Vx=103V, Vpk=127V ,可以得到0 x=54度，所以 t2=54*l0ms/180=3mS, T3=t1+t2=8mS。C=l. 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DCH的一种，不 同的地方在于QR的工作

3、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，一般可以宜接选择磁芯，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=190iMn2,AL=4300nHt BmaxO. 32T1) DCH变压器设计过程：开关频率选择80K,最大占空比选择0. 48,全围DCM,则在最低输入电压dc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，V de *Dmax=Vor(1-Dmax),从而计算反射电压为Vor=95V匝比n二Yor/(Vo+Yf) =3. 32Vf为整流二极

4、管压降计算初级匝数XT VinmiaDmaxNP = 八0.15ilO0il0-620il03二 22将各个参数代入，得到L值L=78uH井=M2 max初级电流峰值：L*F初级电流有效值:1亠1宀115*0.4878*10*80*103 89/4Dmax3=3.6A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二0. 5L*I*I*F/nI=Vinmin*Dmax/(L*F)Po cut/Vinmin* D

5、max A-1 Li-J 订,次级电流有效值：Inns = Ipk1 */?* - “恥=根据电流有效值，可以选择变压器线径，根据匝数绕电感后，调整气息使电感疑满足要 求，即可得到合适的变压器。以下黄色字体部分，是根batteryli提到，对于DCM,变压器的AB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。因此按照厶B二0.2设计的变压器。开关频率选择80K,最大占空比选择0.48,全围DCH,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*(lDniax),从而计算反射电压为Vor=95V匝比n=Vor/

6、(Vo+Vf)=3.32Vf为整流二极管压降Np =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二0. 5L*I*I*F/nI=Vinmin*Dmax/(L*F)计算初级匝数 0.2ilOQ*10-64Q0*103/VinminDmaxV UP- = 0.5*L*)2将各个参数代入，得到L值 L=78uH初级电流有效值:=3.6Ar ，/ VJc*)max115*0.48IpkL 一=初级电流峰值：78*1

7、06 * 80*103 次级电流有效值：Intis = Ipk1=12.3A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) CCH变压器设计过程：CCH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, 如果负载继续増加则进入CCM,如果负载减小，则进入DCM, 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。70%负载情况下，输出功率为P(1.7=27. 6*6*0. 7=116W,因此峰值电流为PKO.72水 P .2 * 116=匕 * 汇 * 厂 115 * 0.48 * 0.85

8、= 4以儿从这个时刻，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A 1=4. 94A满载情况下，输入平均电流直=堕叮115= 1.7 A设峰值电流为5则(S+S-4. 94) XD/2=/jnIpk=6A根据【占 Ipk 的比例，确定 Bmax. ABmax/Bmax=AI/1pk 得到 Bmax=4. 94*0. 32/6=0. 26T, 选择AB为0. 18T,计算变压器原边匝数N _ Vinmin.Dmax _103049_ gP .BtAecF 0.12190tl0620tl03 根据伏秒平衡，可以得到以下公式，Vdc*Dmaxz:Vo

9、r* (1-Dmax),从而计算反射电压为Vor=95V匝比n=Vor/(Vo+Vf) =3. 32Vf为整流二极管压降副边匝数 Ns=18/332=54.选择6匝，原边匝数调整为Np二3. 32*6-20计算辅助绕组匝数，输出电压变化围按照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AIVdc*Dmax/Lp*F,可以得到变压器原边电感值AZ*F 4.94*80*ltf3) QR模式变压器的设计过程最低输入电压103V,最大占空比Dmx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Vor= Vdc*Dmax/(1-D

10、max)=103*0. 48/ (1-0.48)=95V匝比n二Vor/(Vo+Vf)二95/(27. 6+1) =3. 32采用0B2203,如果全围都工作在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：niyo + Vf)+ VdcVdcH1 + n(Vo + Vf) 将 Vo=27. 6V. Vf=lV. VdcL=U5 n=3. 32. VdcH二360V 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，M0S管开通时，变压器原边储存能量，在

11、10S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P = 0.5L*/2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po = 0.5L* r *7 *原边蜂值电流可以通过下式得到L*F将 Po=166W. T1二0.85、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r tL V min* D max103*0.48.Ink =7r = 6.34A156*106*50*103初级电流波形为三角波，所以有效值为次级电流有效值则初级绕组匝数v _LpIpkL _ 156*10*6.34p A 190*10*0.20次级绕组匝数Ns=26/332二8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Vmmax+ Vor + Vpk685= 653V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。