开关电源变压器设计.docx

开关电源变压器设计
前言
变压器设计原则
系统输入规格
变压器设计步骤







、次级匝数和气隙长度

最大工作磁芯密度Bmax
计算变压器初级电流、副边电流的有效值
计算原边绕组、副边绕组的线径,估算窗口占有率
计算绕组的铜损
变压器绕线结构及工艺
实例设计—12W Flyback变压器设计
前言
◆反激变换器优点:
电路结构简单
成本低廉
容易得到多路输出
应用广泛,比较适合100W以下的小功率电源
◆设计难点
变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化
低输入电压,满载条件下变压器工作在连续电流模式( CCM )
高输入电压,轻载条件下变压器工作在非连续电流模式( DCM )
变压器设计原则
◆温升
安规对变压器温升有严格的规定。Class A的绝对温度不超过90°C;
Class B不能超过110°C。因此,温升在规定范围内,是我们设计变压器必须遵循的准则。
◆成本
开关电源设计中,成本是主要的考虑因素,而变压器又是电源系统的重要组成部分,因此如何将变压器的价格,体积和品质最优化,是开关电源设计者努力的方向。
系统输入规格
输入电压:Vacmin~ Vacmax
输入频率:fL
输出电压:Vo
输出电流:Io
工作频率:fS
输出功率:Po
预估效率:η
最大温升:40℃


开关管MOSFET:耐压值为Vmos
输出二极管:肖特基二极管
最大反向电压VD
正向导通压降为VF

考虑开关器件电压应力的余量(Typ.=20%)
开关ON : ·VD > Vin max / N + Vo
开关 OFF : ·VMOS > N·( Vo+ VF) + Vin max
匝比: Nmin < N < Nmax

确定最低输入电压和最大占空比
输入滤波电容:2µF~3µF/W
最低输入电压( 假设tc=3ms )
Vin min = (2Vac min)2-2 × Pin ( T2 - tc )Cin
最低输入电压,最大功率时,占空比最大Dmax
Dmax = N ∙( Vo+ VF )N ∙ Vo+ VF + Vin min
反激变换器的工作过程分析
低输入电压时,负载从轻载到重载,变压器经历从DCM →BCM →CCM的过程
高输入电压时,负载从轻载到重载,变压器一直工作在DCM
计算初级临界电流均值和峰值
按照最小输入电压,最大输出功率(Pomax)的条件计算
Po = 1/3Po max时,变换器工作在BCM
Po < 1/3Po max时,变换器工作在DCM
Po > 1/3Po max时,M
BCM模式下,最小输入电压时的平均输入电流
Iin-avg = 13 ∙ PinVin min
变压器初级临界电流峰值

∆Ip1 = Ipk1 = 2 × Iin-avgDmax
计算变压器初级电感量
最低输入电压,BCM条件下,最大通时间
Ton max = 1fs × Dmax
变压器初级电感量
Lp = Vin min × Ton max∆Ip1
选择变压器磁芯
基于输出功率和开关频率计算面积乘积,根据面积乘积来选择磁芯
APp = Po × 1062 × η× Ko × Kc × fs × Bm × j
Ko是窗口的铜填充系数:取 Ko=
Kc是磁芯填充系数;对于铁氧体磁芯取 Kc=1
Bm是变压器工作磁通密度,取 Bm≤12 Bsat
j是电流密度,取 j =
考虑绕线空间,尽量选择窗口面积大的磁芯,查表选择Aw和Ae
计算变压器初级、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度
初级绕组的匝数
Np = Vin min × ton maxAe × Bm×108
增加或者减小匝数只会分别引起磁芯损耗减小或增加
在100kHz条件下,,匝数减小5%会使磁芯损耗增加15%
次级绕组匝数 Ns = Np / N
辅助绕组匝数 Ncc = ( Vcc + 1 ) × Ns / ( Vo+ VF )
气隙长度: lg = π× Ae × N2Lp
满载时峰值电流
CC