开关电源变压器设计说明书.docx

开关电源变压器设计1. 前言2. 变压器设计原则3. 系统输入规格4. 变压器设计步骤4.1 选择开关管和输出整流二极管4.2 计算变压器匝比4.3 确定最低输入电压和最大占空比4.4 反激变换器的工作过程分析4.5 计算初级临界电流均值和峰值4.6 计算变压器初级电感量4.7 选择变压器磁芯4.8 计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度4.9 满载时峰值电流4.10 最大工作磁芯密度 Bmax4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率4.13 计算绕组的铜损4.14 变压器绕线结构及工艺5.实例设计一12W Flyback变压器设计1. 前言♦反激变换器优点：电路结构简单成本低廉容易得到多路输出应用广泛，比较适合 100W 以下的小功率电源♦ 设计难点变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化 低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式 ( CCM ) 高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式 ( DCM )2. 变压器设计原则word 格式文档♦温升安规对变压器温升有严格的规定Class A的绝对温度不超过90°C;Class B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：Vacmi n~ 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°C4.0 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 VF4.2 计算变压器匝比考虑开关器件电压应力的余量仃yp.=20%)开关 ON ：0.8・V > V / N + VD in max o开关 OFF ：0.8・ V > N・（V+ V） + VMOS o F in max匝比 ：N < N < Nmin max⑷幵关®0NN=Xp.NsViniiias+ -Vmos o>»1>x±(b)开关管OFF4.3 确定最低输入电压和最大占空比输入滤波电容：2卩F~3卩F/W最低输入电压 ( 假设 tc=3ms )Vin min最低输入电压，最大功率时，占空比最大 D maxD = max4.4 反激变换器的工作过程分析低输入电压时，负载从轻载到重载，变压器经历从DCM TBCM TCCM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 DCMword格式文档I tipDCM BCM CCMIPIpklAlplIsIskl4.5 计算初级临界电流均值和峰值按照最小输入电压，最大输出功率(Pomax)的条件计算P = 1/3P 时，变换器工作在 BCMo o maxP < 1/3P 时，变换器工作在 DCMo o maxP > 1/3P 时，变换器工作在 CCMo o maxBCM 模式下，最小输入电压时的平均输入电流1I 二—in-avg变压器初级临界电流峰值I = I = p1 pk14.6 计算变压器初级电感量最低输入电压， BCM 条件下，最大通时间maxon max变压器初级电感量Lp 二一14.7 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10AP =-pK 是窗口的铜填充系数：取 K=0.4 ooK 是磁芯填充系数；对于铁氧体磁芯取 K=1 ccBm是变压器工作磁通密度，取B 1mj 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 Ae4.8 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N 二 p10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 N = N / Nsp辅助绕组匝数 N = ( V + 1 ) N / ( V+ V)cc cc s o F气隙长度：lg =竺4.9 满载时峰值电流CCM时，T 固定不变on max输入电压不变，BCM的T 等于CCM的Ton max on maxT 内，电感电流线形上升增量 on maxIp1Ip2低输入电压，满载条件下T|(I2pk2I2pk0 )变压器初级峰值电流Ipk2Up [iCM I > VP CCM4.10 最大工作磁芯密度 BmaxB = 一 10 < Bmax sat如果 B V / N + V 0.8 100 > 375 / N +12D in max o0.8 600 > N ( 12 + 0.) +3750.8 V > N ( V + V ) + Vmos o F in max5.5 < N < 8.4取N二65.4 最低输入电压和最大占空比 选择 C =22 Fin最低输入电压：Vin min1 1010最大占空比 ：1Dmax = = = 0.4915.5 计算初级临界电流均值和峰值1I =-in-avg1=0.07 AI = Ip1 pk100049= 0.285 A5.6 最大导通时间和初级电感量1最大导通时间：T = D = 9.8on max max变压器初级电感量 ： Lp9 1002.7mHword 格式文档5.7变压器磁芯面积1 10APp0 04 20 10 1200 4 0.066 cm（ 铁氧体磁芯 B = 3900G , 取 B = 1600G ）sat m查表EF20 A = 0.335 cm2，A = 0.6048 cm2 ewAP = A * A = 0.202 cm2 > 0.066 cm2 weN = 9 10p 0 12005.8变压器初级匝数、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度10 = 140.7 取 N = 140 Ts pN = 140 / 6 = 23.3 Ts 取 N 二 23 TsssN = 19 23 / 12.5 35 Tscc140= 0.2 mm5.9满载时峰值电流、最大工作磁通密度I=pk21-Q49+ 0.14 = 0.56 ABmax =10 00 14010 = 3100G < 3900G5.10 变压器初级电流、副边电流的有效值原边各电流：电流中值I = 0.42Apa电流有效值I = 0.29Aprms电流直流值I = 0.20Apdc电流交流值I = 0.208Apac副边各电流：电流直流值I = 1A sdc电流有效值I= 1.38Asrms电流中值I = 1.92A电流交流值I = 0.959Asa ac5.11计算原边、副边绕组的线径，估算窗口占有率线径及根数集肤深度 5= 6.61 / = 6.61 / "0 10 = 0.29 cm导线的横截面积：电流密度 j = 4.2~5A / mm2初级绕组：S =0.068mm2T® 0.25mm X1PTR = 4. Q/c ( 100°C )p DC副边绕组：S = 0.328mm2T®0.40 X PTR = 0. 9 Q/c ( 100C )s DCVcc 绕组：S = 0.1/4.2 = 0.024mm2 T®0.1 X Pcc窗口占有率：0.4 60.48 140 0.1252 + 23 0.22 + 350.08224.2 13.6 OK5.12 计算绕组的铜损平均匝长 l = 23.5 mmavcm各绕组绕线长度：原边 l = 140 X 23.5 = 329 Np副边丨二 23 X 23.5 = 54.0 cmNs各绕组直、交流电阻：原边 R =1.45 0 R =5.5 5Qpdc pac副边 R =0.0540sdcR =0.0 0sacVcc绕组电流过小，忽略绕组损耗各绕组损耗：000P = 0.30Wu5.13 计算绕组的铁损计算铁损：查磁芯损耗曲线，PC40在 AB = 0.15T时为80mW / cm3铁损 P = 80 1.5 = 0.12 WFe估算温升。