开关电源变压器设计要点Word格式文档下载.docx

1、四.控制方式: PWM: PFM （T & TON）五.常用电路形式: FLYBACK & FORWARD非隔离:P-S共用地俗稱熱底板有隔离:P-S不共用地 S2S1P=300V220V*2-VDF取樣分立元件震蕩S1=120VS1=110VS2=57VF激勵S3=16V自激勵用變壓器F+自激勵震蕩它激勵用集成IC它激勵間歇震蕩S1=85VS2=12VS1=40VP=40VS3= 12VF+=5VVS2=5V控制電路 Vo Vi 单端反激励 （Flyback）Tr 单端正激励 （Forward） - +Tr:Ton IRL IRL开关变压器主要设计参数静态测试参数: RDC. L. LK.

2、LDC. TR. IR. HI-POT. IVO-P. Cp. Z. Q.动态测试参数: Vi. Io. Vo. Ta. U. F Dmax. 材料选择参数 CORE: P. Pc. ui. AL. Ae. Bs. WIRE: . Imax. HI-POT. BOBBIN: UL94 V-O.（ PBT. PHENOLIC. NYLON）. TAPE: . h. HI-POT. 制程设置要求PN（SOL.SPC）.PN/PN.PN-PN. SN（SOL.SPC）.n. Mtape:&w TAPE:w. V. 它反饋用集成IC接受輸出光電耦合信號調整Ton,達到輸出穩定自反饋用變壓器F-同步于主

3、輸出調整理Ton,達到輸出穩定; 它S4= +12VF=8V PFMT可變T恒定脉冲宽度调制 脉冲频率调制 单端反激励FLYBACK 单端正激励 FORWARDRfz制程设置要求. 傳遞磁能區間增加加GAP曲線Br下降B增加傳遞能力增大Bs:飽和磁通（束）密度Br:殘留磁通（束）密度Hs: 飽和磁場強度Hc:保磁力（矯頑力）Ui:初始導磁率单端反激励FLYBACK调节TON使能量守恒定1/2*LP*IPK2=1/2*LS*ISK2Toff Bm Br開關變壓器應用磁滯回線描述變壓器導通Ton和截止Toff的變化單端反激勵（Flyback）一.波形Ton變壓器能量守恒就是利用Ton調整VoViD

4、max=Ton/TToffT=1/fTon=1/f*DmaxIpCL放電電流IpkIrI磁通變化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.設計公式Po=12LIpk2*f （） Vimin=Ipk*LpTonPoVimin Ipk=2PoDmaxVimin （ Po=VoIo）Vimin*Ton=Ipk*Lp Lp=Vimin*Dmax Ipk*fNp=Lp*Ipk Ae*B Np= B*Ig 0.4*Ipk4 Ig=0.4LpIpk2Ae*B2Vo+VD=Vimin*（Dmax1-Dmax）*Ns/NpNs=（VO+VD）*（1-Dmax）

5、*NpVimin* Dmax Core=g/w（f=20kHzREF）Dmin=Dmax（1-Dmax）K+Dmax K=Vimax/Vimin单端反激励（Flyback）设计例题一条件Vi =170V270V f= 30KHZ Vo= 5V, Io=20A, Dmax=0.45（设计取值） 设计1） Vi min=170*1.4-20=218V, Vi max=270*1.420=358V Vi min=170*2-（VD.U） Vi max=270*2-（VD.U） Vi min= （ViACMIN）2- 2Po（1/2fL -tc）2） Ipk=2*5*20218*0.45=2.04A

6、CIN Ipk=2PoDmaxVimin （ Po=VoIo） Po=12LIpk2*f （）3） Lp=218*0.452.04*30000=1.6mH Lp=Vimin*Dmax Ipk*f4） K=358218=1.64 K=Vimax/Vimin5） Dmin=0.45（1-0.45）*1.64+0.45=0.332 Dmin=Dmax（1-Dmax）K+Dmax6） CORE查表100W 选择 EER4215 Ae=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

7、为佳.P=2.04/3=0.82, 选0.60X2 r2* （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*2.0421.83*19502 ）*108=0.12cm Ig=0.4LpIpk2Ae* B29） Np=1950*0.120.4*3.14*2.04=91.32T . Np=（0.0016*2.041.83*1950）*108=91.46T Np=B*Ig 0.4*Ipk Np=Lp*Ipk Ae*B10） Ns=（5+1）*（1-0.45）*91218*

8、0.45=3.06T 11）P=1/2*1.6*2.042*30=96W Ns=（VO+VD）*（1-Dmax）*NpVimin* Dmax P=1/2LI2*f 另一种法,計算參數查找麻煩單端正激勵（Forward）UCE能量再生線圈和波形一波形2UCE二設計公式单端正激励（FORWARD）设计例题一已知条件 输入电压 Vi= 48V （3660V）, 额定输出电压电流Vo=5.0VIo=11A额定输出功率55W. 最大输出功率65W f=470kHz （450500 kHz） max=0.42 =82 设计步骤: 选择PC50. 3F3. N49等材质 选PC50. EPC25. Ae:

9、46.4mm2. Le: 59.2mm. BS: 3800GS 1）: Ipk= Ic= 2POUT / Vinmin= 2*65 / 36= 3.6A 2）: Np= Vinmax*108 / （4FBmax*Ae） 取Bmax=2000G = 60*108 / （4*450K*2000G*0.464）= 4TS, 调整为6TS 3）: Ns= Np *（Vo+VD） / （Vi*max） = 4* （5.5+1）/（36*0.42）= 1.7TS 调整为2TS 4）: 反馈绕组. N= Np*（15+1） / （36*0.42）= 6*16/（36*0.42）= 6TS 5）: 选择绕组线

10、径 Np: 0.1*120C Ns: 0.1*200C N: 0.25 6）: 由于为安全电压.故不须包MARGIN TAPE. 单端正激励（FORWARD）设计例题二 输入电压 Vi= 100V （85V135V）, 额定输出电压电流Vo=5.0V（4.5-5.5）Io=20A f=200kHz max=0.42 选择PC40.TP4等材质 选TP4. EE28C. Ae: 87.4mm2. BS: 3800GS 取Bmax=2000G T=1/fo=1/200K=5us Tonmax=T*Dmax=5*0.42=2.1us V2min=（Vo+VL+VF）*T/Tonmax=（5.5+0.

11、2+0.5）*5/2.1=14.8V n=V2min/V1min=14.8/100=0.148 N2=（V2min*Tonmax/Bs*Ae）*104 =（14.8*2.1/2000*87.4）* 104=1.83T2T N1 =N2/ n=2/0.148=13.5T14T Tonmax=（Vo+VL+VF）*T/ V2min=2.09 Dmax= Tonmax/T=2.09/5=0.4180.42优化设计举例1）绕线空间设计: 变压器绕线空间设计得好使其耦合传递最佳发挥功率更佳干扰更小（3） （2） P S （1） 要求电流较大漏感较小P&S均可采用分层绕法（1）（3）例一ETD44 AV音

12、响主功率变压器 12 035 X7 25T12 021 X10X2 25T79 035 X9 5T23 021 X10X2 25T 23 035 X7 25T减小绕线高度对理线较合理例二EI22 DVD辅助变压器1X 030 8T 12 025 16T6-8-6-9-X2 030 8T增强耦合性能采用并联绕线合理安排接线工艺减小漏感例三EER28 DVD主功率变压器 3-4 0.40 25T17-15 0.40X2 4T 4-2 0.40 25T14-13- 2-1 0.40 25T17-15 0.40X5 4T 加大耦合减小漏感提高负载能力17-15 0.40X2 4T2）絕緣空間設計随着变

13、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 /1000V2TAPE（00250065）PS三层规定 1层4000V 延伸变形后1500V3S线圈S线圈之间爬电耐压距离 1500V 1.5mm4边缘胶带MARGINTAPE爬电耐压距离 边缘安胶W=3mm可根据Vi电压W1.52.mm5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 胶带村垫SOL一层SPC二层反贴胶带等7规格耐压条件（3.0KV/60 2mA） 制程条件UL3.0KV 1.2倍/2 2mA8

14、层间耐压要求 层间耐压测试要求与AN有关膠帶耐壓測試空气爬電耐壓測試0.065mm鐵平板40KVCS2670耐壓儀常規安全距离MARGIN TAPE 3mmMARGIN TAPE 6mmwire-coreTUBE保護woil-woil爬電距离3）开关变压器的参数分析一漏感Lk當開關管達到高速開關時（截止）由于變壓器的Lk存在開關管兩端就會產生浪涌電壓整机中可以采用（電壓鉗位電路）來控制.ULL（dic/dt） Uc区C（dUc/dt） IcIL二分布電容Cp當開關管（導通）由于開關寄生電容及變壓器Cp產生浪涌電流流向開關產生很大噪聲整机中可以采用（電流限制電路）來控制.三集膚效應線圈中流過高頻

15、電流時在開關頻率較高電流只在導線的表皮流過稱為集膚效應高速開關下磁力線引起渦流抵消中心電流導線形成空心導体 穿透深度661f（mm） 高頻 100KHZ, 線經不超過穿透深度的兩倍為好例009 0092018 選用0100171.关于集肤效应可选用多股线（满足ba a=r2 b= r2*x x= 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Cp的增加会引起噪声的增加开关变压器GAP&LKLEAKAGE FLUX GAP儲蓄能量 B 1 / 2 L I2= * /uo0.4* Ae Ig GAP 1MUTUAL FLUX 2 C SECONDARY PRIMARY 儲能體積磁場磁感GAP氣隙長度Ig=0.4L I 2 / Ae * 2 1气隙GAP设计大小与所需要的传递能量有关GAP大气隙长度增加也就是气隙体积增加电感下降GAP小容易引起电感饱和2气隙GAP传递能量大小与使用的工作频率有关高频时（60KHZ）磁芯损耗加大3LEAKAGE漏感初级绕组P&S次级主绕组相邻紧密耦合面积大（PS夹绕）漏感量小S次级主绕组如果匝数少疏绕或者增加匝数也可减小漏感量