開關(guān)電源設(shè)計(jì)—變壓器流程

本系列文章從理論基礎(chǔ)開始，由經(jīng)驗(yàn)豐富的前工程師為大家講解關(guān)于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，并對(duì)其中難點(diǎn)進(jìn)行講解，這個(gè)系列當(dāng)中幾乎包含了所有的常見拓?fù)潆娐?，并且為采用自學(xué)方式的工程師量身打造，希望能夠幫助大家走出迷茫，盡快邁上正軌。

　　計(jì)算初級(jí)電感量

　　K值就是上面說的電流連續(xù)比上面計(jì)算書定義的Ip2是電流上升前沿Ip1是電流上升后沿。所以當(dāng)K=0的時(shí)候變壓器是工作在臨界模式以下的為防止計(jì)算出錯(cuò)一般習(xí)慣取0.001.

　　斷續(xù)模式Ip就是ΔI；

　　得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得：

　　Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI

　　這時(shí)候就得到了變壓器初級(jí)所需要的電感量。　　選擇合適的磁芯計(jì)算匝數(shù)

　　關(guān)于磁芯的選擇網(wǎng)上有關(guān)于Ap法的很多計(jì)算公式。其實(shí)在做項(xiàng)目的時(shí)候根本沒用過一次Ap法。對(duì)于公司已有的相同功率等級(jí)的型號(hào)，可以直接參照別的型號(hào)的磁芯作為初始設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。

　　要是線繞不下，就抬高工作頻率，骨架太空了，就選小一號(hào)的，一般經(jīng)過幾次迭代或者實(shí)驗(yàn)就出來了。對(duì)于完全全新的型號(hào)，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算一個(gè)初始點(diǎn)，然后經(jīng)過反復(fù)迭代得出結(jié)果的。其實(shí)對(duì)于一般的功率等級(jí)，向反激式這種拓?fù)洌啻蠊β视枚啻蟠判?，?jīng)驗(yàn)豐富一點(diǎn)的工程師都知道，可以向他們請教。

　　選定了磁芯后，根據(jù)規(guī)格書得到對(duì)應(yīng)的Ae值，然后就可以進(jìn)行匝數(shù)計(jì)算。

　　由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB

　　對(duì)于斷續(xù)模式ΔB=Bmax,

　　對(duì)于連續(xù)模式

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　因?yàn)檫B續(xù)模式電流有一部分直流分量，對(duì)應(yīng)Bmax也有一部分直流勵(lì)磁。這個(gè)一定注意，連續(xù)模式要是直接用Bmax來計(jì)算匝數(shù)匝數(shù)就會(huì)算少所以很容易就會(huì)飽和了。

　　有關(guān)Bmax的取值，對(duì)于常見的PC40/PC44材料，保證在最惡劣工作狀態(tài)下，不要超過0.38。計(jì)算的時(shí)候，一般選取0.28-0.32之間，假如在極限條件下抓到飽和波形，可以抬高一點(diǎn)頻率。

　　上面公式是計(jì)算斷續(xù)模式匝數(shù)的。

　　ΔB=Bmax，

　　對(duì)于連續(xù)模式，上面式子一定要修改為：

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　要不然計(jì)算出的匝數(shù)偏小，動(dòng)態(tài)情況下很容易就飽和了。

　　計(jì)算氣隙長度

　　公式推導(dǎo)比較簡單的，具體的可以自行百度。安培環(huán)路定則還有做電源的倆最基本的公式消元法就OK了。

　　上面做了近似，近似所有的磁場能量都儲(chǔ)存在氣隙里面，因?yàn)榇判镜拇艑?dǎo)率很高，氣隙的磁場強(qiáng)度是磁芯的幾時(shí)到幾百倍，所以，近似磁芯為磁路短路，磁回路長度近似為氣隙長度?！　∮?jì)算次級(jí)匝數(shù)

　　注意合理匝數(shù)取整。這個(gè)結(jié)合自己項(xiàng)目實(shí)際情況，取整后，變比會(huì)有所變化，Dmax也會(huì)有所變化，所以需要用取整后的參數(shù)進(jìn)行核算Bmax。

　　對(duì)取整以后的變壓器參數(shù)進(jìn)行反向核算

　　因?yàn)閷?duì)變壓器進(jìn)行了匝數(shù)取整變比也就成了一個(gè)確定值。Vinmin已知，變比n已知。

　　上面的公式我不推導(dǎo)了還是利用伏秒積平衡原理。

　　變壓器初級(jí)電流我們在確定初級(jí)電感量的時(shí)候，是使用平均值反推出峰值，但是，由于變壓器繞組主要損耗是線電阻損耗，電流在電阻負(fù)載上的功耗計(jì)算，需要有效值電流。反激式工作電流波有兩種狀態(tài)，斷續(xù)模式與連續(xù)模式。

　　兩種波形有各自的有效值電流計(jì)算公式

　　我只是很久以前推到過趙修科老師書上有自己可以去參考一下

　　上圖是斷續(xù)模式的計(jì)算公式

　　計(jì)算次級(jí)電流有效值

　　反激式初級(jí)次級(jí)工作電流是對(duì)應(yīng)的，初級(jí)連續(xù)，次級(jí)也是連續(xù)，初級(jí)斷續(xù)，次級(jí)也是斷續(xù)的，因?yàn)槌醮渭?jí)共用的是同一個(gè)磁芯。

　　上面是次級(jí)電流有效值的計(jì)算，斷續(xù)模式的，并且加入了次級(jí)電流連續(xù)或者斷續(xù)的判斷，(判斷這一步其實(shí)沒有必要，因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)連續(xù)，次級(jí)也連續(xù)，初級(jí)斷續(xù)，次級(jí)也斷續(xù)。)

　　計(jì)算線徑

　　電流密度呢，一般都選取6A/mm^2。

　　一定要注意趨膚效應(yīng)，最小占空比越小，頻率越高，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重。特別是前級(jí)帶有PFC的反激式電源。因?yàn)榭紤]到成本，盡量使用600V的Mos管，所以占空比非常小，也就0.15左右，這時(shí)候，變壓器初級(jí)一定要使用多股線，用單根線的話，需要取更小的電流密度。

　　對(duì)于一定的電流，需要的導(dǎo)線截面積是一定的，在實(shí)際選取線徑的時(shí)候，要結(jié)合實(shí)際所選的骨架幾何尺寸，做合適的組合，盡量不要散繞，對(duì)于某一層繞組，單根線太散的話，可以選取兩根或者幾根細(xì)線進(jìn)行并饒，只要繞組的總截面積在計(jì)算值左右就好。

　　至此，與反激式變壓器相關(guān)的設(shè)計(jì)流程也就講解完畢了。