开关电源变压器设计Word格式.docx

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ClassB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。

3.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：

n

最大温升：

40°

C

4.0变压器设计步骤

4.1选择开关管和输出整流二极管开关管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

Nmin<

N<

N

4.2计算变压器匝比考虑开关器件电压应力的余量（Typ.=20%）开关ON:

0.8•Vd>

Vinmax/N+V。

开关OFF：

0.8•VMOS>

N•（Vo+VF）+Vinmax

匝比

max

（a）开关胃ON

（b）开关怦OFF

输入滤波电容：

2^F~3yF/W最低输入电压（假设tc=3ms）

Vinmin

Cin

T-201113

最低输入电压，最大功率时，占空比最大Dmax

小（仏+叩）

Dmax=

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

4'

P

DCM

BCM

CCM

按照最小输入电压，最大输出功率（Pomax）的条件计算

Po=1/3Pomax时，变换器工作在BCM

Po<

1/3Pomax时，变换器工作在DCM

Po>

1/3Pomax时，变换器工作在CCM

BCM模式下，最小输入电压时的平均输入电流

lin-avg=

Ip1=Ipk1=

最低输入电压，BCM条件下，最大通时间

变压器初级电感量

旳伽nXTgmaH

Lp=—-

4.7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

Pox106

APp=XIX论黑钉X/復占用x/

Ko是窗口的铜填充系数：

取Ko=0.4

Kc是磁芯填充系数；

对于铁氧体磁芯取Kc=1

<

-Bsat

Bm是变压器工作磁通密度，取Bm-

j是电流密度，取j=4.2A/mm2

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

4.8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

▼inminx心“皿整*]0*Np=

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，损耗与B2.86成正比，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）

0,4nx4exN2

气隙长度：

lg=

4.9满载时峰值电流

CCM时,Tonmax固定不变

输入电压不变，BCM的Tonmax等于CCM的Tonmax

Tonmax内，电感电流线形上升增量-Ip1==-Ip2

1

低输入电压，满载条件下P。

=nLp（I2pk2T2pk0）fs

变压器初级峰值电流Ipk2=m用®

皿'

4.10最大工作磁芯密度Bmax

如果BmaxVBsat，则证明所选择的磁芯通过，否则应重新选择

4.11计算变压器初级电流、副边电流的有效值

M

梯形波电流的中值：

la=Ipk--

*IP

电流直流分量：

Ide=Dmaxla

T

电流交流分量：

lac=la-1"

■'

-

Is

导线的横截面积

自然冷却时，一般取电流密度j=4A/mm2

初级绕组：

Sp=Iprms（A）/4（A/mm2）

副边绕组：

Ss=Isrms（A）/4（A/mm2）

线径及根数

导线线径不超过集肤深度的2倍，若超过集肤深度，则需多股并绕根据安规要求考虑加一定宽度的挡墙

yjty

窗口占有率KoAwNp+Ns+Nee

4.13计算绕组的铜损

根据导线的电阻和集肤深度，确定每个绕组的铜损耗总损耗一定要小于预算损耗，温升经验公式

4.14变压器绕线结构及工艺

骨架的选取：

累计高度、宽度

绕法：

初级和次级交错式（三明治）绕法：

漏感小

挡墙

Bobbin

5.设计实例一12W开关电源变压器设计

5.1系统输入规格

输入电压：

90Vac~265Vac

输入频率：

50Hz

输出电压：

12V

输出电流：

1.0A

输出功率：

Po=12W

开关频率：

50kHz

预估效率：

0.75

输入最大功率：

Pin=16W

变压器最大温升：

40C

5.2开关管MOSFET和输出整流二极管

开关管MOSFET耐压：

Vmos=600V

输出二极管：

反向压降Vd=100V（正向导通压降Vf=0.5V）

5.3计算变压器匝比

最大占空比：

N'

（V0+VF）6X12.5

Dmax=N■（厶+）+加n=6X12,5+77=0.49

5.5计算初级临界电流均值和峰值

3皿16

Iin-avg=『曲心==0.07A

2x丿氓-Qyg2x0.07

Ip1=Ipk1==匚跻』=0.285A

5.6最大导通时间和初级电感量

最大导通时间：

Tonmax=心ADmax=9.8

2.7mH

77冥9.gX10

变压器初级电感量：

Lp==2更

5.7变压器磁芯面积

12X106

APp=7xu.ZF；

/x罚X0’x.'

/fCu>

vi=0.066cm2

（铁氧体磁芯Bsat=3900G，取Bm=1600G）

查表

2

EF20Ae=0.335cm，Aw=0.6048cm

22

AP=Aw*Ae=0.202cm>

0.066cm

5.8变压器初级匝数、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度

77X9.8X10^x1q8

Np==140.7取Np=140Ts

Ns=140/6=23.3Ts取Ns=23Ts

Ncc=1923/12.535Ts

0.4ttx33.5x1402

lg==0.2mm

5.9满载时峰值电流、最大工作磁通密度

Po/t]A/p16

Ipk2=沁乐卞以曲二+=7V乂门⑴+0.14=0.56A

L卩幻讹22.6X10-3X0.56诃

Bmax===3100G<

3900G

5.10变压器初级电流、副边电流的有效值

原边各电流:

电流有效值Iprms=0.29A

电流交流值Ipac=0.208A

5.11计算原边、副边绕组的线径，估算窗口占有率

集肤深度

5=6.61/=6.61/冥1$=0.29cm

导线的横截面积：

电流密度j=4.2~5A/mm2

Sp=0.068mm2宀①0.25mmx1P宀Rdc=4.523mQ/cm（100°

C）副边绕组：

Ss=0.328mm2—①0.40mnX2P—Rdc=0.892mQ/cm（100C）Vcc绕组：

Scc=0.1/4.2=0.024mm2—①0.1mmx2P

窗口占有率：

0.460.481400.1252+230.22+35

0.082

5.12计算绕组的铜损

平均匝长lav=23.5mm

各绕组绕线长度：

原边Inp=140送3.5=329cm

副边Ins=23>

23.5=54.0cm

各绕组直、交流电阻：

原边Rpdc=1.45QRpac=2.38Q

副边Rsdc=0.024QRsac=0.038Q

Vcc绕组电流过小，忽略绕组损耗

各绕组损耗:

5.13计算绕组的铁损

计算铁损：

查磁芯损耗曲线，PC40在△B=0.15T时为80mW/cm

铁损PFe=801.5=0.12W

估算温升

总损耗Pioss=0.12+0.30=0.42W

800X0.42

经验公式

T弋酸天左:

汁；

出总僦=22C<

40C

设计OK

5.14变压器绕线结构及工艺

绕线宽度高度累计

查EF20Bobbin绕线宽度W=12.1mm，高度H=2.9mm

0.25mm，最大外径0.275mm每层35T,W1=9.62mm

0.40mm，最大外径0.52mm每层23T，W2=11.9mm

0.10mm，最大外径0.13mm每层35T，W3=9.1mm（0.1mr>

2P）总高度=0.275>

+0.52>

+0.13>

+0.03>

=2.74mm

A11

Ncc

—

占

CM

l/2Ns

歸蔽绘

Np4层

恳蔽厘

f

1/2用

■

—绝缘帶

绕线结构次级一初级一次级

Step

Winding

Material

Start

Turns

Finish

Remark

N1

TripleiiisidatioiL0,40^*1

A

23

B

N1&

N6withTEFLONTube.N2.N

3.N4.N5withoutTEFLONTube-

TAPE

TAPE12nun（Y）

3

N2

04^*22UEW

空

35

4

TAPEW=12nini（Y）

5

N3

025^*12UEW

140

6

TAPEW=12mm（Y）

7

N4

0」时22UEW

8

9

N5

Tripleinsulation,0.4021

10

TAPEW=12nwi（Y）

11

N6

0.1422UEW

斗

TAPEW=12nun（Y）