整理开关电源变压器设计

1、开关电源变压器设计（草稿）开关变压器是将DC电压，通过自激励震荡或者IC它激励间歇震荡形成高频方波，通过变压器耦合到次级，整流后达到各种所需DC电压.变压器在电路中电磁感应的耦合作用，达到初.次级绝缘隔离，输出实现各种高频电压.目的：减小变压器体积，降低成本，使设备小形化，节约能源，提高稳压精度.N工频变压器与高频变压器的比较：E=4.4fNAeBm效率：功率因素：稳压精度：适配.控制性能：体积.重量工频f=50HZ4=60-80%Cos巾=0.60.7AU%=1%差大局频E=4.0fNAeBmf=50KHZfNAeBm(P2/P2+Pm+PC)(系统100W供电142W)(U20-U2/U2

2、0*100)4>90%(P2/P2+Pm)，Cos巾>0.90(系统100W供电iiiw)AU<0.2%好小spsIW卸甯源方框圈AC（典形雷路）一.隔离方式:二.激励方式:三.反馈方式:四.控制方式:(TV&TVM11)(F+&IC)(F-&IC)(T&Ton)开关变压器主要工作方式有隔离；非隔离自激励；它激励自反馈；它反馈PWM:PFM五.常用电路形式:FLYBACK&FORWARD.隔离方式：有隔离:P-S不共用地非隔离:P-S共用地，俗耦熟底板.激励方式:它激勘：用集成IC它激歇震藻自激勘：用建屋器F+自激勘震藻S2=5V单端反

3、激励（Flyback）静态测试参数:RDC.L.LK.LDC.TR.IR.HI-POT.IVo-p.Cp.乙动态测试参数：Q.Vi.Io.Vo.TaU.FDmax材料选择参数Core：P.Pc.Ui.Al.Ae.BsWIRE:Imax.HI-POTBOBBIN:UL94V-O.(PBT.PHENOLIC.NYLON)TAPE:8h.HI-POT制程设置要求Pn(SOL.SPC).PNPN.PKPN.SN(SOL.SPC).n.Mtape:s&wTAPE:s&w.Vc三.反馈方式:自反H:用燮屋器F-同步于主巾俞着湖整理Ton谑到输出稳定.它反H:用集成IC接受巾俞出光H耦合信虢

4、，湖整Ton逑到输出稳定P=300V220V*V2-VDF-=12V取檬S3=16V*S1=82VS4=+12V四.控制方式：PWM:脉冲宽度调制|Toq可HK*1JUWIPFM脉冲频率调制Ton恒定JULTULIIIIIIT可建JU单端正激励FORWARD五.常用电路形式:单端反激励FLYBACKTrVo控制雷路Toff开关变压器主要设计参数静态测试参数:动态测试参数:Rdc.L.Lk.Ldc.TR.IR.HI-POT.IVo-p.Cp.Z.Q.材料选择参数Vi.Io.Vo.TaU.FDmaxCORE:P.Pc.Ui.Al.Ae.BsWIRE:c.Imax.HI-POT.BOBBIN:UL9

5、4V-O.(PBT.PHENOLIC.NYLON)TAPE:C8h.HI-POT制程设置要求健遮磁能增加111Ui:初始醇磁率Bs:鲍和磁通（束）密度Br:残留磁通（束）密度Hs:鲍和磁埸弓金度Hc:保磁力0ss力）加GAP曲Br下降,BB增加健遮能力增大.单端反激励FLYBACK调节TON使能量守恒定1/2*Lp*Ipk2=1/2*Ls*Isk2K端反激J®(Flyback)Bmr单端反激励（Flyback）波形分为：临界状态，非连续状态，连续状态（常用状态）.二毅公式Po=1/2LIpk2*f(4)Vimin=|pk*Lp/TonPo/ViminIpk=2P。/DmaxVimin

6、(Po=VoIo)Vimin*Ton=Ipk*LpLp=Vimin*Dmax/Ipk*fNp=Lp*Ipk/Ae*ABNp=AB*Ig/0.4tt*Ipk4Ig=0.4冗LpIpk2/Ae*AB2Vo+VD=Vimin*(Dmax/1-Dmax)*Ns/NpNs=(VO+VD)*(1-Dmax)*Np/Vimin*DmaxCore=g/w(f=20kHzREF)K=Vimax/ViminDmin=Dmax/(1-Dmax)K+Dmax单端反激励（Flyback）设计例题一条件：Vi=170V270V,f=30KhzVo=5V,Io=20A,Dmax=0.45(设计取值)设计：1) Vimin=

7、170*1.4-20=218V,Vimax=270*1.420=358VVimin=170*，2-(Vd.AU)Vimax=270*V2-(Vd.AU)Vimin=/(Viacmin)2-2Po(1/2fL-tc)2) Ipk=2*5*20/218*0.45=2.04AqCINIpk=2Po/DmaxVimin(Po=VoIo)Po=1/2LIpk2*f(4)3) Lp=218*0.45/2.04*30000=1.6mHLp=Vimin*Dmax/Ipk*f4) K=358/218=1.64K=Vimax/Vimin5) Dmin=0.45/(1-0.45)*1.64+0.45=0.332Dm

8、in=Dmax/(1-Dmax)K+Dmax6) CORE查表100W选择EER42/15Ae=183mm2(1.83cm2)Bs=390mT(3900Gs)Core=g/w(f=20kHzREF)7) WIRE查表或S=，I/3=，20/3=2.58mm选"铜箔"为佳.P="2.04/3=0.82,选0.60X2r2*兀(2.58/2)2*3.14=5.225选择19#,=0.98*7(0.98/2)2*3.14*7=5.277(4Pin并绕)8) Ig=(0.4*3.14*1.6*10-3*2.042/1.83*19502)*108=0.12cmIg=0.4冗

9、LpIpk2/Ae*AB29) Np=1950*0.12/0.4*3.14*2.04=91.32T.Np=(0.0016*2.04/1.83*1950)*108=91.46TNp=AB*Ig/0.4兀*IpkNp=Lp*Ipk/Ae*AB10) Ns=(5+1)*(1-0.45)*91/218*0.45=3.06T11)P=1/2*1.6*2.042*30=96WNs=(VO+VD)*(1-Dmax)*Np/Vimin*DmaxP=1/2LI2*f另一种AP法，lfr算参数查找麻烦罩端正激励(Forward)，百十公式：单端正激励(FORWARD)设计例题一已知条件：输入电压.Vi=48V(3

10、660V),额定输出电压.电流.Vo=5.0V.Io=11A额定输出功率55W.最大输出功率65Wf=470kHz(450-500kHz)6max=0.424=82设计步骤：选才¥PC503F3.N49等材质2选PC50.EPC25.Ae:46.4mm.Le:59.2mm.Bs：3800GS1):Ipk=Ic=2POUT/Vinmin=2*65/36=3.6A2):Np=Vinmax*1C8/(4FBmax*Ae)取Bmax=2000G=60*108/(4*450K*2000G*0.464)=4TS,调整为6TS3):Ns=Np*(Vo+Vd)/(Vi*max)=4*(5.5+1)/

11、(36*0.42)=1.7TS调整为2TS4):反馈绕组.N=Np*(15+1)/(36*0.42)=6*16/(36*0.42)=6TS5):选择绕组线径Np:O0.1*120CNs:O0.1*200CN:0.256):由于为安全电压.故不须包MARGINTAPE.单端正激励（FORWARD）设计例题二已知条件：输入电压Vi=100V(85V135V),额定输出电压.电流.Vo=5.0V(4.5-5.5).Io=20Af=200kHz6max=0.42设计步骤：选才¥PC40.TP存材质2选TP4.EE28CAe:87.4mm.Bs:3800G取Bmax=2000G1):T=1/f

12、o=1/200K=5us2):Tonmax=T*Dmax=5*0.42=2.1us3):V2min=(Vo+VL+VF)*T/Tonmax=(5.5+0.2+0.5)*5/2.1=14.8V4):n=V2min/V1min=14.8/100=0.1485):N2=(V2min*Tonmax/Bs*Ae)*1d=(14.8*2.1/2000*87.4)*10=1.83晨2T6):N1=N2/n=2/0.148=13.5k14TTonmax=(Vo+VL+VF)*T/V2min=2.09Dmax=Tonmax/T=2.09/5=0.4隹0.42优化设计举例1）绕线空间设计：变压器绕线空间设计得好，

13、使其耦合传递最佳，发挥功率更佳，干扰更小，要求电流较大，漏感较小.P&S均可采用分层绕法.(31-20.35X77-90.35X92-30.35X725T1-2021X10X225T5T7-9035X95T25T2-30.21X10X2_25T减小绕线高度，对理线较合理.(1)例二，EI22DVD辅助变压器1-X0.308T6-86-9X-20.308T(3)1-20.2516T6-86-9(1(D(3)例一，ETD44AV音响主功率变压器1-2增强耦合性能，采用并联绕线，合理安排接线工艺，减小漏感.(2) >0.25(3)16T例三，3-417-154-214-132-1EER

14、28DVD主功率变压器0.4025T0.40X24T0.4025T0.4025T3-40.4025T17-150.40X54T4-20.4025T14-132-10.4025T加大耦合，减小漏感，提高负载能力.17-150.40X24T2)余色空twig言十随着变压器的小形化，可以根据爬电距离来实现安全性能要求，设计产品的目的，主要满足用户要求，符合安全性能规定.1 .干燥空气爬电耐压距离：经验距离为1mm/1000V.2 .TAPE(0.025/0.065)PS三层规定：1层>4000V延伸变形后1500V.3 .S线圈S线圈之间爬电耐压距离：>1500V>1.5mm.4

15、.边缘胶带margintape爬电耐压距离：边缘安胶W=3mm可根据Vi电压W1.5-2.mm.5 .采用TEXE线解决耐压距离：三重绝缘线层>6000V延伸变形后耐压下降6.胶带绝缘层解决耐压距离：7.规格耐压条件(3.0KV/60'2mA)8.层间耐压要求：空气爬雷耐懿测就胶带村垫SOL一层SPC二层，反贴胶带等.制程条件UL3.0KV*1.2倍/2'2mA层间耐压测试要求，与AN有关.月蓼带耐屋测ISCS2670耐屋倭CS2670耐屋倭3）开关变压器的参数分析一，漏感Lk:常|信在管连到高速IW鼬寺，（截止）由于蜘量器的Lk存在，11管雨端就生浪涌重屋.整机中可以采

16、用（Jlftt位重路）来控制.二,分布甯容Cp：1TIW在管（醇通）由于IW在寄生ft容及建屋器Cp生浪涌ft流，流向IW在jg生很大噪瞥.整机中可以采用（ft流限制ft路）来控制.三，集唐效鹰：圈中流谩高JigfS流畤在IW在iig率敕高，18流只在的表皮流谩，耦悬集唐效鹰,高速IW在下磁力引起淌流，抵消中心18流,形成空心厚体.穿透深度A=6.61/，f（mm）高>100KHZ,锵®不超谩穿透深度A的雨倍悬好.例.A=0090.09*2=0.18逗用0100.171 .关于集肤效应可选用多股线（满足b>aa=f兀b=r，*xx=x股线）满足高频负载电流，降低变压器温升.2 .关于Lk与Cp是一对矛盾,一般要求变压器平衡Lk与Cp参数，Lk不要追求愈小愈好