变压器详细计算开关电源3..docx

精品文档 精品文档 精品文档 精品文档 二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理1).反激式变换器的电路结构如图一. 2).当开关管 Q1 导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b). T1D1 T1 D1 V 0 Ci Np Ns C0 PWM 控 制 电路 Q1 反馈控制电路 图一 VdcIpLp Vdc Ip Lp Np Io Ns C 0 图二(a) Ip Ip2 Ip1 B t Bs Ton=D*T Bw Br 图二(b) H 当 Q1 导通,T1 之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1 不会导通,输出功率则由 Co 来提供.此时变压器相当于一个串联电感 Lp,初级线圈电流 Ip 可以表示为: 0ip(t)=ip(0)+1/Lp*∫DT Vdc*dt 0 Vdc=Lp*dip/dt 此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁 Br 增加到工作峰值 Bw. Vdc当 Q1 截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形, 磁化曲线如图三(b). Vdc Ls Is Ls Is Io Ns Ns C 0 Np Q1 Np Q1 Is Is Is2 Is1 Ton t Toff=(1-D)*T B Bs Bw Br 图三(b) H 当 Q1 截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为 ?B 并没有相对的改变.当?B 向负的方向改变时(即从 Bw 降低到 Br), 在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使 D1 导通,也就是说储存在变压器中的能量会经 D1,传递到 Co 和负载上. 此时次级线圈两端电压为:Vs(t)=Vo+Vf (Vf 为二极管 D1 的压降). 次级线圈电流:is(t)=is(DT)-1/Ls*∫ T VS(t)*dt DT Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls 为次级线圈电感量) 由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到 0 值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM). Ip1 Ip1 确定电源规格. 输入电压范围 Vin=85—265Vac; 输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A; 变压器的效率 ?=0.90 工作频率和最大占空比确定. 取:工作频率 fosc=100KHz, 最大占空比 Dmax=0.45. T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5us Toff=10-4.5=5.5us. 计算变压器初与次级匝数比 n(Np/Ns=n). 最低输入电压 Vin(min)=85*√2-20=100Vdc(取低频纹波为 20V). 根据伏特-秒平衡,有: Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n. n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)] n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.64 变压器初级峰值电流的计算. 设+5V 输出电流的过流点为 120%;+5v 和+12v 整流二极管的正向压降均为 1.0V. +5V 输出功率 Pout1=(V01+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W +12V 输出功率 Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W 变压器次级输出总功率 Pout=Pout1+Pout2=85W 如图四, 设 Ip2=k*Ip1, 取k=0.4 Ip 1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/? Ip1=2*Pout/[?(1+k)*Vin(min)*Dmax] Ip2 =2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45] =3.00A t ton Ip2=0.4*Ip1=1.20A ( 图四) 变压器初级电感量的计算. 由式子 Vdc=Lp*dip/dt,得: Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2] =100*4.5/[3.00-1.20] =250uH 变压器铁芯的选择. 根据式子 Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?],其中: Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85W Ko(窗口的铜填充系数)=0.4 Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体), 变压器磁通密度 Bm=1500 Gs j(电流密度): j=5A/mm2; Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90] =0.157cm4 考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表: EER28