变压器设计流程介绍.docx

1 目的 希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不 吝指教.2 设计步骤:2.1 绘线路图、PCB Layout.2.2 变压器计算.2.3 零件选用.2.4 设计验证.3 设计流程介绍(以 DA-14B33 为例):3.1线路图、PCB Layout请参考资识库中说明.3.2 变压器计算: 变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验証是很重要 的，以下即就DA-14B33变压器做介绍.3.2.1 决定变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式B(max) Lpxlp x100 GaussNpxAe> B(max)=铁心饱合的磁通密度(Gauss)> Lp =—次侧电感值(uH)> Ip =—次侧峰值电流(A)> Np =—次侧(主线圈)圈数> Ae =铁心截面积(cm2)> B(max)依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100C时的B(max)为3900 Gauss，设计时应考 虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss之间，若所设计的 power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右，以避免铁心 因高温而饱合，—般而言铁心的尺寸越大， Ae 越高，所以可以 做较大瓦数的 Power。

3.2.2 决定—次侧滤波电容:滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)滤波电容越大， Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高3.2.3 决定变压器线径及线数:当变压器决定后，变压器的Bobbin即可决定，依据Bobbin的槽 宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度， 电流密度一般以6A/mm2为参考，电流密度对变压器的设计而 言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准3.2.4决定Duty cycle (工作周期)： 由以下公式可决定 Duty cycle ，Duty cycle 的设计一般以 50%为 基准，Duty cycle若超过50%易导致振荡的发生Ns _ (Vo + VD)x(l - D) Np Vin (min) xD> NS =二次侧圈数A叫=—次侧圈数> Vo =输出电压A VD= 二极管顺向电压A Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压A D =工作周期(Duty cycle)3.2.5 决定 Ip 值：Ip=Iav + — AIPoutIav =Vin (min) xDxnAIVin(min) Px -Lp fA Ip = —次侧峰值电流A Iav = —次侧平均电流A Pout = 输出瓦数A耳=效率A f =PWM 震荡频率3.2.6 决定辅助电源的圈数：依据变压器的圈比关系，可决定辅助电源的圈数及电压。

3.2.7决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力)：依据变压器的圈比关系，可以初步计算出变压器的应力(Stress)是 否符合选用零件的规格，计算时以输入电压264V(电容器上为 380V)为基准3.2.8 其它：若输出电压为5V以下，且必须使用TL431而非TL432时，须考 虑多一组绕组提供Photo coupler及TL431使用3.2.9 将所得资料代入B(max) = dxlOO Gauss公式中，如此可得出NpxAeB(max)，若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整3.2.10 DA-14B33 变压器计算：◊输出瓦数 13.2W(3.3V/4A), Core = EI-28，可绕面积(槽宽)=10mm，Margin Tape = 2.8mm(每边)，剩余可绕面积=4.4mm.◊ 假设 fT= 45 KHz , Vin(min)=90V,耳=0.7, P.F.=0.5(cos), Lp=1600 Uh◊计算式：•变压器材质及尺寸：◊ 由以上假设可知材质为 PC-40 ，尺寸 =EI-28，Ae=0.86cm2,可绕面积(槽宽)=10mm,因 Margin Tape 使用2.8mm,所以剩余可绕面积为4.4mm.◊假设滤波电容使用47uF/400V, Vin(min)暂定90V。

• 决定变压器的线径及线数：Pout13.2Iin = = = 0.42 AVin (min) x^x cos0 90x0.7x0.5◊假设叫使用0.32/的线电流密度=—.423.14x_= 竺 =1.286A2 3.14 x0.1024可绕圈数=剩餘可徑面績二占扩12・57圈◊假设Secondary使用0.35 /的线电流密度=——3.14x4'0.35、< 丁丿2 — 3.14x0.0289 — 44.07A◊假设使用4P,则电流密度=晋=11.02 A可绕圈数=4.4(0.35 + 0.03)=11.57圈• 决定 Duty cycle：◊假设 Np=44T, Ns=2T, VD=0.5(使用 schottky Diode)Ns (Vo + V= DNp Vin(min) D2 (3.3 + 0.5% - D )= n44 90DD = 48.2%• 决定 Ip 值：Ip = lav + AI2Poutlav =Vin (min) xn xD13.290x0.7x0.482= 0.435A=皿 xD =旦 x 需=0.603A x —— Lp f 1600u0.603Ip = 0.435 + = 0.737A2•决定辅助电源的圈数：假设辅助电源=12VNs = 3.8 2 = 3.8N 辽 ~N 辽 A1 A1假设使用0.23 /的线NA1=6.3 圈可绕圈数=4.4(0.23 + 0.02)=19.13圈若NA1=6Tx2P，则辅助电源=11.4V•决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力)：MOSFET(Ql)=最高输入电压(380V)+翌(Vo + V )Ns D= 380 + 44(3.3 + 0.5)2=463.6VDiode(D5)=输出电压(Vo)+竺x最高输入电压(380V)Np= 3.3 + x38044=20.57VDiode(D4)=輸出電壓(N ) +学x最高輸入電壓(380V)A2 Np= 6.6 + — x380=41.4V44• 其它 ：因为输出为3.3V，而TL431的Vref值为2.5V，若再 加上photo coupler上的压降约1.2V，将使得输出电压 无法推动Photo coupler及TL431，所以必须另外增加 一组线圈提供回授路径所需的电压。

假设NA2= 4T使用0.35/线，则 可绕圈数=爲爲疔1L58T,所以可将NA2定为 4Tx2P3.8n V 二 7.6VA2Ns _ 3.8N V-A2 A2• B （max）二 NpxAex100•变压器的接线图：(Gauss)=1600x0.73744 x 0.86x100 = 3116.3 Gauss0.32 ① xlPx22T 牙0.35 ① x4Px2TNE0.32 ① xlPx22T N1虻 0.35 ① x2Px4T0.23 ①x2Px6T N4S.3.3零件选用：零件位置（标注）请参考线路图:（DA-14B33 Schematic）3.3.1 FS1:由变压器计算得到Iin值，以此Iin值（0.42A河知使用公司共享料 2A/250V,设计时亦须考虑Pin（max）时的Iin是否会超过保险丝的额 定值3.3.2 TR1（热敏电阻）：电源启动的瞬间由于C1（-次侧滤波电容）短路 导致Iin电流很大， 虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容 之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内 （115V/30A, 230V/60A）,但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放 太大的阻值（否则会影响效率），一般使用SCK053（3A/5Q）,若C1电 容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大（一般使用在大 瓦数的Power上）。

3.3.3 VDR1（突波吸收器）：当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所 以必须在靠AC输入端（Fuse之后），加上突波吸收器来保护 Power（—般常用07D471K），但若有价格上的考量，可先忽略不装3.3.4 CY1，CY2（Y-Cap）:Y-Cap —般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG（3 Pin）—般使 用 Y2- Cap , AC Input 若为 2Pin（只有 L, N）—般使用 Yl-Cap, Y1 与Y2的差异，除了价格外（Y1较昂贵），绝缘等级及耐压亦不同（Y1 称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有 “回”符号或注明Y1），此电路因为有FG所以使用Y2-Cap, Y-Cap 会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题， 漏电（Leakage Current ）必须符合安规须求（3Pin公司标准为750uA max）3.3.5 CXl（X-Cap）、RXl:X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部 分，Conduction 规范一般可分为：FCC Part 15J Class B、CISPR 22（EN55022） Class B 两种，FCC 测试频率在 450K〜30MHz CISPR 22测试频率在150K~30MHz Conduction可在厂内以频谱分析仪验 证，Radiation则必须到实验室验证，X-Cap —般对低频段（150K〜 数M之间）的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果 愈好（但价格愈高），若X-Cap在0.22uf以上（包含0.22uf）,安规规定 必须要有泄放电阻（RX1,—般为1.2MQ1/4W）。

3.3.6 LFl（Common Choke）：EMI 防制零件，主要影响 Conduction 的中、低频段，设计时必须同 时考虑EMI特性及温升，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈 数愈多（相对的线径愈细），EMI防制效果愈好，但温升可能较高3.3.7 BD1（整流二极管）：将AC电源以全波整流的方式转换为DC,由变压器所计算出的Iin 值，可知只要使用 lA/600V 的整流二极管，因为是全波整流所以耐 压只要 600V 即可3.3.8 C1（滤波电容）：由C1的大小（电容值）可决定变压器计算中的Vin（min）值，电容量愈 大Vin（min）愈高但价格亦愈高此部分可在电路中实际验证Vin（min） 是否正确，若AC Input范围在90V~132V （Vcl电压最高约190V）, 可使用耐压200V的电容;若AC Input范围在90V〜264V（或 180V〜264V）,因Vcl电压最高约380V,所以必须使用耐压400V的 电容3.3.9 D2（辅助电源二极管）：整流二极管，一般常用 FR105（1A/600V）或 BYT42M（1A/1000V）,两 者主要差异。