反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)

反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù)，如占空比D，最大峰值電流，設(shè)計(jì)反激式變壓器，就是要讓反激式開關(guān)電源工作在一個(gè)合理的工作點(diǎn)上。這樣可以讓其的發(fā)熱盡量小，對(duì)器件的磨損也盡量小。同樣的芯片，同樣的磁芯，若是變壓器設(shè)計(jì)不合理，則整個(gè)開關(guān)電源的性能會(huì)有很大下降，如損耗會(huì)加大，最大輸出功率也會(huì)有下降，下面我系統(tǒng)的說一下我算變壓器的方法。

算變壓器，就是要先選定一個(gè)工作點(diǎn)，在這個(gè)工作點(diǎn)上算，這個(gè)是最苛刻的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是最低的交流輸入電壓，對(duì)應(yīng)于最大的輸出功率。下面我就來算了一個(gè)輸入85V到265V，輸出5V，2A 的電源，開關(guān)頻率是100KHZ。

第一步就是選定原邊感應(yīng)電壓VOR，這個(gè)值是由自己來設(shè)定的，這個(gè)值就決定了電源的占空比?？赡芘笥褌儾焕斫馐裁词窃吀袘?yīng)電壓，是 這樣的，這要從下面看起，慢慢的來，

這是一個(gè)典型的單端反激式開關(guān)電源，大家再熟悉不過了，來分析一下一個(gè)工作周期，當(dāng)開關(guān)管開通的時(shí)候，原邊相當(dāng)于一個(gè)電感，電感兩端加上電壓，其電流值不會(huì)突變，而線性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L,這三項(xiàng)分別是原邊輸入電壓，開關(guān)開通時(shí)間，和原邊電感量．在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，原邊電感放電，電感電流又會(huì)下降，同樣要尊守上面的公式定律，此時(shí)有下降了的Ｉ=VOR*toff/L,這三項(xiàng)分別是原邊感應(yīng)電壓，即放電電壓，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間，和電感量．在經(jīng)過一個(gè)周期后，原邊電感電流的值會(huì)回到原來，不可能會(huì)變，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的，等于下降了的，懂嗎，好懂吧，上式中可以用Ｄ來代替ＴＯＮ，用１－Ｄ來代替ＴO(shè)OF，移項(xiàng)可得，D=VOR/（VOR+VS）。此即是最大占空比了。比如說我設(shè)計(jì)的這個(gè)，我選定感應(yīng)電壓為80V，VS為90V ，則D=80/（*80+90）=0.47

第二步,確實(shí)原邊電流波形的參數(shù).

原邊電流波形有三個(gè)參數(shù),平均電流,有效值電流,峰值電流.,首先要知道原邊電流的波形,原邊電流的波形如下圖所示,畫的不好,但不要笑啊.這是一個(gè)梯形波橫向表示時(shí)間,縱向表示電流大小,這個(gè)波形有三個(gè)值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把這個(gè)波形的面積再除以其時(shí)間.如下面那一條橫線所示,首先要確定這個(gè)值，這個(gè)值是這樣算的，電流平均值=輸出功率/效率*VS，因?yàn)檩敵龉β食艘孕示褪禽斎牍β?，然后輸入功率再除以輸入電壓就是輸入電流，這個(gè)就是平均值電流?，F(xiàn)在下一步就是求那個(gè)電流峰值，尖峰值是多少呢，這個(gè)我們自己還要設(shè)定一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是KRP，所謂KRP，就是指最大脈動(dòng)電流和峰值電流的比值這個(gè)比值下圖分別是最大脈動(dòng)電流和峰值電流。是在0和1之間的。這個(gè)值很重要。已知了KRP，現(xiàn)在要解方程了，都會(huì)解方程吧，這是初一的應(yīng)用題啊，我來解一下，已知這個(gè)波形一個(gè)周期的面積等于電流平均值*1，這個(gè)波形的面積等于，峰值電流*KRP*D+峰值電流*（1-KRP）*D，所以有電流平均值等于上式，解出來峰值電流=電流平均值/（1-0.5KRP）*D。比如說我這個(gè)輸出是10W，設(shè)定效率是0.8.則輸入的平均電流就是10/0.8*90=0.138A,我設(shè)定KRP的值是0.6而最大值=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.

三個(gè)電流參數(shù),就是這個(gè)電流的有效值,電流有效值和平均值是不一樣的,有效值的定義還記得嗎,就是說把這個(gè)電流加在一個(gè)電阻上,若是其發(fā)熱和另處一個(gè)直流電流加在這個(gè)電阻上發(fā)熱效果一樣的話,那么這個(gè)電流的有效值就等于這個(gè)直流的電流值.所以這個(gè)電流的有效值不等于其平均值,一般比其平均值要大.而且同樣的平均值,可以對(duì)應(yīng)很多個(gè)有效值,若是把KRP的值選得越大,有效值就會(huì)越大,有效值還和占空比D也有關(guān)系,總之.它這個(gè)電流波形的形狀是息息相關(guān)的.我就直接給出有效值的電流公式,這個(gè)公式要用積分才能推得出來,我就不推了,只要大家區(qū)分開來有效值和平均值就可以了.

電流有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*(KRP的平方/3-KRP+1)如我現(xiàn)在這個(gè),電流有效值=0.419*根號(hào)下0.47*(0.36/3-0.6+1)=0.20A.所以對(duì)應(yīng)于相同的功率,也就是有相同的輸入電流時(shí),其有效值和這些參數(shù)是有關(guān)的,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù),使有效值最小,發(fā)熱也就最小,損耗小.這便優(yōu)化了設(shè)計(jì).

第三步,開始設(shè)計(jì)變壓器準(zhǔn)備工作.已知了開關(guān)頻率是100KHZ則開關(guān)周期就是10微秒了,占空比是0.47.那么TON就是4.7微秒了.記好這兩個(gè)數(shù),對(duì)下面有用.

第四步,選定變壓器磁芯,這個(gè)就是憑經(jīng)驗(yàn)了,如果你不會(huì)選,就估一個(gè),計(jì)算就行了,若是不行,可以再換一個(gè)大一點(diǎn)的或是小一點(diǎn)的,不過有的資料上有如何根據(jù)功率去選磁芯的公式或是區(qū)線圖,大家不妨也可以參考一下.我一般是憑經(jīng)驗(yàn)來的.

第五步,計(jì)算變壓器的原邊匝數(shù),原邊使用的經(jīng)徑.計(jì)算原邊匝數(shù)的時(shí)候,要選定一個(gè)磁芯的振幅B,即這個(gè)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化區(qū)間,因?yàn)榧由戏讲妷汉?這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是變化的,正是因?yàn)樽兓?所以其才有了變壓的作用,NP=VS*TON/SJ*B,這幾個(gè)參數(shù)分別是原邊匝數(shù),,最小輸入電壓,導(dǎo)通時(shí)間,磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅,一般取B的值是0.1到0.2之間,取得越小,變壓器的鐵損就越小,但相應(yīng)變壓器的體積會(huì)大些.這個(gè)公式來源于法拉弟電磁感應(yīng)定律,這個(gè)定律是說,在一個(gè)鐵心中,當(dāng)磁通變化的時(shí)候,其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓,這個(gè)感應(yīng)電壓=磁通的變化量/時(shí)間T再乘以匝數(shù)比,把磁通變化量換成磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量乘以其面積就可以推出上式來,簡(jiǎn)單吧.我的這個(gè)NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15,得到88匝0.15是我選取的了值.算了匝數(shù),再確定線徑,一般來說電流越大,線越熱,所以需要的導(dǎo)線就越粗,,需要的線徑由有效值來確定,而不是平均值.上面已經(jīng)算得了有效值,所以就來選線,我用0.25的線就可以了,用0.25的線,其面積是0.049平方毫米,電流是0.2安,所以其電流密度是4.08,可以,一般選定電流密度是4到10安第平方毫米.記住這一點(diǎn),這很重要.若是電流很大,最好采用兩股或是兩股以上的線并繞,因?yàn)楦哳l電流有趨效應(yīng),這樣可以比較好.