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工程師實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn):PSR原邊反饋開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的“獨(dú)特”方法

作者: 時(shí)間:2016-12-07 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  目前比較流行的低成本、超小占用空間方案設(shè)計(jì)基本都是采用PSR原邊反饋反激式,通過(guò)原邊反饋穩(wěn)壓省掉電壓反饋環(huán)路(TL431和光耦)和較低的EMC輻射省掉Y電容,不僅省成本而且省空間,得到很多電源工程師采用。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327350.htm

  下面結(jié)合實(shí)際來(lái)講講我對(duì)PSR原邊反饋開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的“獨(dú)特”方法——以實(shí)際為基礎(chǔ)。

  要求條件:

  全電壓輸入,輸出5V/1A,符合能源之星2之標(biāo)準(zhǔn),符合IEC60950和EN55022安規(guī)及EMC標(biāo)準(zhǔn)。因充電器為了方便攜帶,一般都要求小體積,所以針對(duì)5W的開(kāi)關(guān)電源充電器一般都采用體積較小的EFD-15和EPC13的變壓器,此類(lèi)變壓器按常規(guī)計(jì)算方式可能會(huì)認(rèn)為CORE太小,做不到,如果現(xiàn)在還有人這樣認(rèn)為,那你就OUT了。

  磁芯以確定,下面就分別講講采用EFD15和EPC13的變壓器設(shè)計(jì)5V/1A5W的電源變壓器。

  1.EFD15變壓器設(shè)計(jì)

  目前針對(duì)小變壓器磁芯,特別是小公司基本都無(wú)從得知CORE的B/H曲線,因PSR線路對(duì)變壓器漏感有所要求。

  所以從對(duì)變壓器作最小漏感設(shè)計(jì)入手:

  已知輸出電流為1A,5W功率較小,所以銅線的電流密度選8A/mm2,

  次級(jí)銅線直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

  通過(guò)測(cè)量或查詢(xún)BOBBIN資料可以得知,EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。

  因次級(jí)采用三重絕緣線,0.4mm的三重絕緣線實(shí)際直徑為0.6mm。

  為了減小漏感把次級(jí)線圈設(shè)計(jì)為1整層,次級(jí)雜數(shù)為:9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts。

  因IC內(nèi)部一般內(nèi)置VDS耐壓600~650V的MOS,考慮到漏感尖峰,需留50~100V的應(yīng)力電壓余量,所以反射電壓需控制在100V以?xún)?nèi),

  得:(Vout+VF)*n<100,即:n<100/(5+1),n<16.6,

  取n=16.5,得初級(jí)匝數(shù)NP=15*16.5=247.5

  取NP=248,代入上式驗(yàn)證,(Vout+VF)*(NP/NS)<100,

  即(5+1)*(248/15)=99.2<100,成立。

  確定NP=248Ts.

  假設(shè):初級(jí)248Ts在BOBBIN上采用分3層來(lái)繞,因多層繞線考慮到出線間隙和次層以上不均勻,需至少留1Ts余量(間隙)。

  得:初級(jí)銅線可用外徑為:9.2/(248/3+1)=0.109mm,對(duì)應(yīng)的實(shí)際銅線直徑為0.089mm,太?。ㄐ∮?.1mm不易繞制),不可取。

  假設(shè):初級(jí)248Ts在BOBBIN上采用分4層來(lái)繞,初級(jí)銅線可用外徑為:9.2/(248/4+1)=0.146mm,對(duì)應(yīng)的銅線直徑為0.126mm,實(shí)際可用銅線直徑取0.12mm。

  IC的VCC電壓下限一般為10~12V,考慮到至少留3V余量,取VCC電壓為15V左右,

  得:NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts。

  因PSR采用NV線圈穩(wěn)壓,所以NV的漏感也需控制,仍然按整層設(shè)計(jì),

  得:NV線徑=9.2/(38+1)=0.235mm,對(duì)應(yīng)的銅線直徑為0.215mm,實(shí)際可用銅線直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線并饒。

  到此,各線圈匝數(shù)就確定下來(lái)了。

  繞完屏蔽后,保TAPE1層;

  再繞初級(jí),按以上計(jì)算的分4層繞制,完成后包TAPE1層;

  為減小初次級(jí)間的分布電容對(duì)EMC的影響,再用0.1mm的線繞一層屏蔽,包TAPE1層;

  再繞次級(jí),包TAPE1層;

  再繞反饋,包TAPE2層。

  可能有人會(huì)說(shuō):怎么沒(méi)有計(jì)算電感量?因前面說(shuō)了,CORE的B/H不確定,所以得先從確定飽和AL值下手。

  把變壓器CORE中柱研磨一點(diǎn),然后裝上以上方式繞好的線圈裝機(jī),并用示波器檢測(cè)Rsenes上的波形,見(jiàn)下圖中R5。

  輸入AC90V/50Hz,慢慢加載,觀察CORE有沒(méi)有飽和,如果有飽和跡象,拆下再研磨……直到負(fù)載到1.1~1.2A剛好出現(xiàn)一點(diǎn)飽和跡象。(此波形需把波形放大到滿(mǎn)屏觀察最佳)

  OK,拆下變壓器測(cè)量電感量,此時(shí)所測(cè)得的電感量作為最大值依據(jù),再根據(jù)廠商制造能力適當(dāng)留+3%~+5%的誤差范圍和余量,如:測(cè)量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH。

  現(xiàn)在再來(lái)驗(yàn)證以上參數(shù)變壓器BOBBIN的繞線空間。

  已知:E1和E2銅線直徑為0.1mm,實(shí)際外徑為0.12mm;

  NP銅線直徑為0.12mm,實(shí)際外徑為0.14mm;

  NS銅線直徑為0.4mm,實(shí)際外徑為0.6mm;

  TAPE采用0.025mm厚的麥拉膠紙。

  A.

  NV若采用銅線直徑為0.2mm,實(shí)際外徑為0.22mm

  線包單邊厚度為:E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

  =0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.22+0.025*2=1.77mm.

  B.

  NV若采用銅線直徑為0.1mm雙線并饒,實(shí)際外徑為0.12mm

  線包單邊厚度為:E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

  =0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.12+0.025*2=1.67mm.

  測(cè)量或查EFD15的BOBBIN的單邊槽深為2.0mm,所以以上2種方式繞制的變壓器都可行。

  2.EPC13的變壓器設(shè)計(jì)

  依然沿用以上設(shè)計(jì)方法,測(cè)量或查BOBBIN資料可得EPC13BOBBIN幅寬為6.8mm,

  次級(jí)匝數(shù)為:6.8/0.6=11.3Ts,取11Ts.

  初級(jí)匝數(shù)為:11*16.5=181.5Ts,取182Ts.

  反饋匝數(shù)為:15/(5+1)*11=27.5Ts,取28Ts.

  EPC13的繞線方式同EFD15,在這里就不再重復(fù)了。



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