【導(dǎo)讀】小功率開關(guān)電源變壓器在近幾年的發(fā)展中,成為更符合民用的電源變壓器。本文就分享了一個(gè)小功率開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)與制作過程,以供大家參考借鑒。本文介紹的是一個(gè)民用的輸入85~265V、輸出5V,2A,開關(guān)頻率是100kHz的小功率開關(guān)電源。
電源變壓器的系統(tǒng)電路圖如下圖所示。
小功率開關(guān)電源變壓器系統(tǒng)電路圖
在了解了這種小功率的開關(guān)電源變壓器系統(tǒng)電路設(shè)置后,首先要做的就是選定原邊感應(yīng)電壓VOR,原邊感應(yīng)電壓值直接決定了電源的占空比。當(dāng)變壓器的開關(guān)管開通的時(shí)候,有公式I=Vs*Ton/L,其中參數(shù)Vs為原邊輸入電壓,參數(shù)ton為開關(guān)開通時(shí)間,L為原邊電感量。而在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候,有公式I=VOR*Toff/L,其中參數(shù)VOR為原邊感應(yīng)電壓,即放電電壓,Toff為開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間,L為電感量。經(jīng)過一個(gè)周期后,原邊電感電流的值會回到原來的數(shù)值,因此該公式變?yōu)椋篤S*TON/L=VOR×TOFF/L,D來代替TON,用1-D來代替Toff,移項(xiàng)可得D=VOR/(VOR+VS),此即是最大占空比了。則在該系統(tǒng)電路的實(shí)例中,該公式為D=80/(*80+90)=0.47。
接下來的工作,是確定這種開關(guān)電源變壓器的原邊電流波形的參數(shù)。原邊電流波形的計(jì)算也同樣是需要利用公式完成的,此時(shí)代入公式,即峰值電流*KRP*D+峰值電流*(1-KRP)×D,所以有電流平均值等于上式,解出來峰值電流=電流平均值/(1-0.5KRP)×D。比如說我這個(gè)輸出是10W,設(shè)定效率是0.8,則輸入的平均電流就是10/0.8×90=0.138A,設(shè)定KRP的值是0.6,而最大值=0.138/(1-0.5KRP)D=0.138/(1-0.5×0.6)×0.47=0.419A。在完成了原邊電流波形的計(jì)算之后,接下來就是設(shè)計(jì)變壓器準(zhǔn)備工作。已知了開關(guān)頻率是100kHz,則開關(guān)周期就是10us,占空比是0.47,那么TON就是4.7us。選定變壓器磁芯,這個(gè)可以根據(jù)相應(yīng)的公式查表計(jì)算,此處簡略。
在完成了開關(guān)電源變壓器的原邊感應(yīng)電壓和電流波形計(jì)算后,我們就要進(jìn)入整個(gè)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的一步,也就是計(jì)算變壓器的原邊匝數(shù)。原邊使用的經(jīng)徑是可以利用公式計(jì)算出來的,該公式為NP=VS*TON/SJ*B,這幾個(gè)參數(shù)分別是原邊匝數(shù)、最小輸入電壓、導(dǎo)通時(shí)間、磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅一般取B的值是0.1~0.2之間,取得越小變壓器的鐵損就越小,但相應(yīng)變壓器的體積會大些,NP=90×4.7us/32mm2×0.15,得到88匝0.15是選取的值,在計(jì)算出匝數(shù)之后再確定線徑,一般來說電流越大,線越熱。需要的線徑由有效值來確定,而不是平均值。已經(jīng)算得了有效值,所以接下來要做的是選線,選用0.25的線就可以了,用0.25的線,其面積是0.049mm2,電流是0.2A,所以其電流密度是4.08,一般選定電流密度是4~10A/mm2。
在確定了小功率的開關(guān)電源變壓器繞組匝數(shù)之后,接下來就需要依次來確定電壓變壓器的次級繞組參數(shù)、圈數(shù)和線徑。通常情況下,原邊感應(yīng)電壓就是一個(gè)放電電壓,原邊就是以這個(gè)電壓放電給副邊的,如上圖所示,因?yàn)楦边呡敵鲭娞珵?V,加上肖特基管的壓降,就有5.6V,原邊以80V的電壓放電,副邊以5.6V的電壓放電,遵守變壓器匝數(shù)和電壓成正比的規(guī)律,所以副邊電壓的計(jì)算公式為NS×(UO+UF)/VOR,其中,參數(shù)UF為肖特基管壓降,副邊匝數(shù)等于88×5.6/80,為6.16,整取6匝,再算副邊的線徑。接下來的工作就是確定反饋繞組的參數(shù),反饋是反激的電壓,其電壓是取自輸出級的,所以反饋電壓是穩(wěn)定的,TOP的電源電壓是5.7~9V,繞上7匝,那么其電壓大概是6V。最后一步是確定電壓變壓器的電感量,根據(jù)計(jì)算公式I=VS*TON/L,I為峰值電流*KRP,所以L=VS*TON/峰值電流*KRP。
這種小功率電源變壓器設(shè)計(jì)和制作的最后一步,就是對已經(jīng)制作完成的變壓器成品進(jìn)行驗(yàn)證,也就是驗(yàn)證一下最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是不是超過了磁芯的允許值,這里有公式BMAX=L*IP/SJ*NP。在該公式中,這個(gè)五個(gè)參數(shù)分別表示磁通最大值、原邊電感值、峰值電流、原邊匝數(shù),這個(gè)公式是從電感量L的概念公式推過來的,因?yàn)長=磁鏈/流過電感線圈的電流,磁鏈等于磁通乘以其匝數(shù),而磁通就是磁感應(yīng)強(qiáng)度乘以其截面積,分別代入到上式,即當(dāng)原邊線圈流過峰值電流時(shí),此時(shí)磁芯達(dá)到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度。這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度就用以上公式計(jì)算BMAX的值一般一要超過0.3T,若是好的磁芯,可以大一些,若是超過了這個(gè)值,就可以增加原邊匝數(shù),或是換大的磁芯來調(diào)。
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