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开关电源变压器资料完整版 开关电源变压器设计 开关变压器是将DC电压,通过自激励震荡或者IC它激励间歇震荡形成高频方波,通过变压器耦合到次级,整流后达到各种所需DC电压) 变压器在电路中电磁感应的耦合作用,达到初)次级绝缘隔离,输出实现各种高频电压) 目的:减小变压器体积,降低成本,使设备小形化,节约能源,提高稳压精度) N 工频变压器与高频变压器的比较: 工频 高频 E,4.4f N Ae Bm f=50HZ E,4.0f N Ae Bm f=50KHZ N Ae Bm 效率: η=60-80 % (P2,P2+Pm+ PC) η>90% ((P2,P2+Pm) 功率因素: Cosψ=0.6-0.7 (系统100W供电142W) Cosψ>0.90 (系统100W供电111W) 稳压精度: ΔU%=1% (U20-U2,U20*100) ΔU<0.2% 适配.控制性能: 差 好 体积.重量 大 小 开关变压器主要工作方式 一.隔离方式: 有隔离; 非隔离 (TV&TVM11) 二.激励方式: 自激励; 它激励 (F+ & IC) 三.反馈方式: 自反馈; 它反馈 (F- & IC) 四.控制方式: PWM: PFM (T & TON) 五.常用电路形式: FLYBACK & FORWARD 一.隔离方式: 二. 开关变压器主要设计参数 : RDC. L. LK. LDC. TR. IR. HI-POT. IVO-P. Cp. Z. 动态测试参数: Vi. Io. Vo. Ta. U. F Dmax…………. 材料选择参数 P. Pc. ui. AL. Ae. Bs……. WIRE: Φ ? . ΦImax. HI-POT…….. BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)………. TAPE: ? . δh. HI-POT…….. 制程设置要求 PN…(SOL.SPC).PN//PN.PN-PN. SN(SOL.SPC).Φn. Mtape:δ&w …….. Q.……… TAPE:δ&w. ? 三.反馈方式: 四.控制方式: PWM: PFM 脉冲宽度调制 脉冲频率调制 五.常用电路形式: 单端正激励 FORWARD 开关变压器主要设计参数 静态测试参数: RDC. L. LK. 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: Φ ? . ΦImax. HI-POT…….. BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)………. TAPE: ? . δh. HI-POT…….. 制程设置要求.. 单端反激励FLYBACK调节TON使能量守恒定1/2*LP*IPK=1/2*LS*ISK 22 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). Po=1,2LIpk2*f (η) Vimin=Ipk*Lp,Ton Po,Vimin Ipk=2Po,DmaxVimin ( Po=VoIo) Vimin*Ton=Ipk*Lp Lp=Vimin*Dmax ,Ipk*f Np=Lp*Ipk ,Ae*ΔB Np= Δ B*Ig, 0.4π*Ipk Ig=0.4πLpIpk2,Ae*ΔB2 Vo+VD=Vimin*(Dmax,1-Dmax)*Ns/Np Ns=(VO+VD)*(1-Dmax)*Np,Vimin* Dmax Dmin=Dmax,(1-Dmax)K+Dmax K=Vimax/Vimin 单端反激励(Flyback)设计例题一 条件: Vi =170V,270V ,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*1.4,20=358V ?2-(VD.ΔU) ?2-(VD.ΔU) (ViACMIN)2- 2Po(1/2fL -tc) 2) Ipk=2*5*20,218*0.45=2.04A ηCIN Ipk=2Po,DmaxVimin ( Po=VoIo) Po=1,2LIpk2*f (η) 3) Lp=218*0.45,2.04*30000=1.6mH Lp=Vimin*Dmax ,Ipk*f 4) K=358,218=1.64 K=Vimax/Vimin 5) Dmin=0.45,(1-0.45)*1.64+0.45=0.332 Dmin=Dmax,(1-Dmax)K+Dmax 6) CORE查100W 选择 EER42,15 Ae=183mm2(1.83cm2) Bs=390mT(3900Gs) Core=g/w(f=20kHzREF) 7) WIRE查表 或SΦ=?I/3=?20/3=2.58mm 选"铜箔"为 佳.PΦ=?2.04/3=0.82, 选0.60X2 r2*π (2.58/2)2*3.14=5.225 选择 19#,Φ=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*2.042,1.83*19502 )*108=0.12cm Ig=0.4πLpIpk2,Ae* ΔB2 9) Np=1950*0.12,0.4*3.14*2.04=91.32T . Np=(0.0016*2.04, 1.83*1950)*108=91.46T Np=ΔB*Ig, 0.4π*Ipk Np=Lp*Ipk ,Ae*ΔB 10) Ns=(5+1)*(1-0.45)*91,218*0.45=3.06T 11) P=1/2*1.6*2.042*30=96W Ns=(VO+VD)*(1-Dmax)*Np,Vimin* Dmax P=1/2LI2*f 单端正激励(FORWARD)设计例题一 输入电压 )Vi= 48V (36~60V), 额定输出电压)电流)Vo=5.0V)Io=11A 额定输出功率55W. 最大输出功率65W f=470kHz (450~500 kHz) δmax=0.42 η=82 设计步骤: 选择PC50. 3F3. N49等材质 选PC50. EPC25. Ae: 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*δmax) = 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): 选择绕组线径 Np: Φ0.1*120C Ns: Φ0.1*200C N: Φ0.25 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 (85V~135V), 额定输出电压)电流)Vo=5.0V(4.5-5.5))Io=20A f=200kHz δmax=0.42 设计步骤: 选择PC40..TP4等材质 选TP4. EE28C. Ae: 87.4mm2. BS: 3800GS 取Bmax=2000G 1): T=1/fo=1/200K=5us 2): Tonmax=T*Dmax=5*0.42=2.1us 3): V2min=(Vo+VL+VF)*T/Tonmax=(5.5+0.2+0.5)*5/2.1=14.8V 4): n=V2min/V1min=14.8/100=0.148 5): N2=(V2min*Tonmax/Bs*Ae)*104 =(14.8*2.1/2000*87.4)* 104=1.83T,2T 14T 6): N1 =N2/ n=2/0.148=13.5T, Tonmax=(Vo+VL+VF)*T/ V2min=2.09 Dmax= Tonmax/T=2.09/5=0.418,0.42 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, 例一,ETD44 A V音响主功率变压器 1,2 Φ 0)35 X7 25T 7,9 Φ0)35 X9 5T 2,3 Φ0)35 X7 25T 减小绕线高度,对理线较合理) 1,2 Φ0)21 X10X2 25T 7,9 Φ0)35 X9 5T 2,3 Φ0 25T 例二,EI22 DVD辅助变压器 1,X Φ0)30 8T 6--8-------------------- 6--9-------------------- 1,2 Φ0)25 16T 6--8-------------------- 6--9-------------------- X,2 Φ0)30 8T 1,2 Φ0)25 16T 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 Φ 0.40 25T 17--15 Φ0.40X2 4T 4--2 Φ 0.40 25T 14--13---------------------- 3--4 Φ 0.40 25T 17--15 Φ0.40X5 4T 4--2 Φ 0.40 25T 14--13---------------------- 2--1 Φ 0.40 25T 2--1 Φ 0.40 25T 加大耦合,减小漏感,提高负载能力)17--15 Φ0.40X2 4T 随着变压器的小形化,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 /1000V) 2 )TAPE(0)025,0)065)P,S三层规定: 1层>4000V 延伸变形后,1500V) 3)S线圈,S线圈之间爬电耐压距离: ,1500V ,1.5mm) 4)边缘胶带MARGINTAPE爬电耐压距离: 边缘安胶W=3mm可根据Vi电压W1.5,2.mm) 5)采用TEX,E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’ 2mA) 8)层间耐压要求: 3)开关变压器的参数 1.关于集肤效应可选用多股线(满足b>a a=r2π b= r2π*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&LK 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) 3)LEAKAGE漏感:初级绕组P&S次级主绕 组相邻紧密,耦合面积大,(P)S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)