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          變壓器FAQ

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          開關電源變壓器設計流程介紹

          瀏覽:發表時間:2017-10-20 15:58[ 返回上頁 ]

              我們以輸出功率為5瓦以下的開關電源為例,講解一下開關電源變壓器的設計。

              1 電氣要求

              1.  輸入電壓:AC 90-264V/50-60HZ
              2.  輸出電壓:5±0.2 V
              3.  輸出電流:1A

              2 設計流程介紹
              2.1 線路圖如下
                
              說明:
              W1,W3是做屏蔽用的,對EMI有作用;
              Np是初級線圈(主線圈);
              Nb是輔助線圈;
              Ns次級線圈(二次側圈數)。

              2.2 變壓器計算:


              2.2.1 變壓器的參數說明: 
              依據變壓器計算公式  
                
               B(max) = 鐵心飽合的磁通密度(Gauss)
               Lp = 一次側電感值(uH)
               Ip = 一次側峰值電流(A)
               Np = 一次側(主線圈)圈數
               Ae = 鐵心截面積(cm2)
               B(max) 依鐵心的材質及本身的溫度來決定,以浙江東磁公司的DMR40為例,100℃時的B(max)為4000 Gauss,設計時應考慮零件誤差,所以一般取3000~3600 Gauss之間,若所設計的power為Adapter(有外殼)則應取3000 Gauss左右,以避免鐵心因高溫而飽合,一般而言鐵心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做較大瓦數的Power。


              2.2.2 決定占空比:
              由以下公式可決定占空比 ,占空比的設計一般以50%為基準,占空比若超過50%易導致振蕩的發生。 
                
               NS = 二次側圈數
               NP = 一次側圈數
               Vo = 輸出電壓
               VD= 二極管順向電壓
               Vin(min) = 濾波電容上的最小電壓值
               D =占空比
              2.2.3 決定Pout,Ip,Lp,Nps,Np,Ns值:
              Pout=V2 x Iout x 120%
              V2=Vout + Vd + Vt
                 
              因為I1p是峰峰值,如下圖:
                
              所以   
                  Lp=  
                簡化后
                 Lp=  
                  Nps= 
                  
               Ip = 一次側峰值電流
               I1p = 一次側尖峰電流值
               Pout = 輸出瓦數
               Vd=開關二級關的正向壓降一般為0.55V
               Vt=輸出濾波線圈的壓降,一般取0.2V
                開關變壓器的轉換效率
                PWM震蕩頻率
               Nps次級與初級的匝比
               Np初級線圈圈數,Ns次級線圈圈數


              2.2.4 決定變壓器線徑及線數:
              當變壓器決定后,變壓器的Bobbin即可決定,依據Bobbin的槽寬,可決定變壓器的線徑及線數,亦可計算出線徑的電流密度,電流密度一般以6A/mm2為參考,電流密度對變壓器的設計而言,只能當做參考值,最終應以溫升記錄為準。

              2.2.5 決定輔助電源的圈數:
              依據變壓器的圈比關系,可決定輔助電源的圈數及電壓。
               

              2.2.6 變壓器參數計算:
               輸出瓦數10W(5V/2A),Core = EE-19,可繞面積(槽寬)=57mm,Margin Tape = 2.8mm(每邊),剩余可繞面積=4.4mm,Ae=52
               假設fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V, =0.7, 
               計算式:
               決定占空比:
                                        假定D=0.48,f=45k
               計算Pout,Ip,Lp值:
                        V2=Vout + Vd + Vt
                          =5+0.55+0.2=5.75
              Pout=V2 x Iout x 120%
                            =5.75 x 2 x 1.2 =13.8W
                 
                       =  =0.69A
                          
                          = 0.69/2.4=0.30A
                    Lp=  
                       =  =1.6mH
                   Nps=    
                       =5.75/100=0.058
                     
                      = =4.1取5圈
                   Np=5/0.058=88圈
                 輔助線圈電壓為10V,則權數為
                     Nw4=10/100 x 88=9圈
               變壓器材質及尺寸:
               由以上假設可知材質MBR40,尺寸=EE-19,Ae=0.52cm2,可繞面積(槽寬)=12mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩余可繞面積9.2mm.

               決定變壓器的線徑及線數:
               =0.69A
                          = 0.69/2.4=0.30A
               假設NP使用0.32ψ的線
              電流密度=  
              可繞圈數=  
               假設Secondary使用0.35ψ的線
              電流密度=  
               假設使用4P,則
              電流密度=  
               可繞圈數=  
                   
              2.2.7 設計驗證
              將所得資料代入  〈 0.3T公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低則參數必須重新調整。
               
                   =1.6 x 0.69/(88 x 52)  x 100
                   =0.28T<0.3T設計通過

             

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