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[導(dǎo)讀]PSR原邊反饋設(shè)計開關(guān)電源變壓器是工程師們常用的方法,對于新手來說,可能會存在很多疑惑,或不熟悉的地方,小編就針對這一情況和朋友們分享一款利用PSR原邊反饋的開關(guān)電源

PSR原邊反饋設(shè)計開關(guān)電源變壓器是工程師們常用的方法,對于新手來說,可能會存在很多疑惑,或不熟悉的地方,小編就針對這一情況和朋友們分享一款利用PSR原邊反饋的開關(guān)電源變壓器設(shè)計方法。

全電壓輸入,輸出5V/1A,符合能源之星2之標(biāo)準(zhǔn),符合IEC60950和EN55022安規(guī)及EMC標(biāo)準(zhǔn)。

因充電器為了方便攜帶,一般都要求小體積,所以針對5W的開關(guān)電源充電器一般都采用體積較小的EFD-15和EPC13的變壓器,此類變壓器按常規(guī)計算方式可能會認(rèn)為CORE太小,做不到,如果現(xiàn)在還有人這樣認(rèn)為,那你就OUT了。

磁芯已確定,下面就分別講講采用EFD15和EPC13的變壓器設(shè)計5V/1A 5W的電源變壓器。

(1) EFD15變壓器設(shè)計

目 前針對小變壓器磁芯,特別是小公司基本都無從得知CORE的B/H曲線,因PSR線路對變壓器漏感有所要求。所以從對變壓器作最小漏感設(shè)計入手:已知輸出 電流為1A,5W功率較小,所以銅線的電流密度選8A/mm2,次級銅線直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。通過測量或查詢 BOBBIN資料可以得知,EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。因次級采用三重絕緣線,0.4mm的三重絕緣線實際直徑為0.6mm.

為了減小漏感把次級線圈設(shè)計為1整層,次級雜數(shù)為:9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts.

因 IC內(nèi)部一般內(nèi)置VDS耐壓600~650V的MOS,考慮到漏感尖峰,需留50~100V的應(yīng)力電壓余量,所以反射電壓需控制在100V以內(nèi),得: (Vout+VF)*n<100,即:n<100/(5+1),n<16.6,取n=16.5,得初級匝數(shù) NP=15*16.5=247.5取NP=248,代入上式驗證,(Vout+VF)*(NP/NS)<100,即(5+1)*(248 /15)=99.2<100,成立。

確定NP=248Ts.假設(shè):初級248Ts在BOBBIN上采用分3層來繞,因多層繞線考慮到出線間隙和次層以上不均勻,需至少留1Ts余量(間隙)。

得:初級銅線可用外徑為:9.2/(248/3+1)=0.109mm,對應(yīng)的實際銅線直徑為0.089mm,太小(小于0.1mm不易繞制),不可取。

假設(shè):初級248Ts在BOBBIN上采用分4層來繞,初級銅線可用外徑為:9.2/(248/4+1)=0.146mm,對應(yīng)的銅線直徑為0.126mm,實際可用銅線直徑取0.12mm。

IC的VCC電壓下限一般為10~12V,考慮到至少留3V余量,取VCC電壓為15V左右,得:NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15 /(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts.因PSR采用NV線圈穩(wěn)壓,所以NV的漏感也需控制,仍然按整層設(shè)計,得:NV線徑=9.2 /(38+1)=0.235mm, 對應(yīng)的銅線直徑為0.215mm,實際可用銅線直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線并饒。

到此,各線圈匝數(shù)就確定下來了。

下面來確定繞線順序。

因要工作在DCM模式,且采用無Y設(shè)計,DI/DT比較大,變壓器磁芯研磨氣隙會產(chǎn)生穿透力強雜散磁通導(dǎo)致線圈測試渦流,影響EMC噪音,所以需先在BOBBIN上采用0.1mm直徑的銅線繞滿一層作為屏蔽,且引出端接NV的地線。

繞完屏蔽后,保TAPE1層;再繞初級,按以上計算的分4層繞制,完成后包TAPE 1層,為減小初次級間的分布電容對EMC的影響,再用0.1mm的線繞一層屏蔽,包TAPE 1層,再繞次級,包TAPE 1層;再繞反饋,包TAPE 2層。

可能有人會說:怎么沒有計算電感量?

CORE的B/H不確定,所以得先從確定飽和AL值下手。把變壓器CORE中柱研磨一點,然后裝上以上方式繞好的線圈裝機(jī),并用示波器檢測Rsenes上的波形,見圖1中R5:

圖1

輸入AC90V/50Hz,慢慢加載,觀察CORE有沒有飽和,如果有飽和跡象,拆下再研磨,直到負(fù)載到1.1~1.2A剛好出現(xiàn)一點飽和跡象, (此波形需把波形放大到滿屏觀察最佳)OK,拆下變壓器測量電感量,此時所測得的電感量作為最大值依據(jù),再根據(jù)廠商制造能力適當(dāng)留+3%~+5%的誤差范圍和余量,如:測量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH?,F(xiàn)在再來驗證以上參數(shù)變壓器BOBBIN的繞線空間。

已知:E1和E2銅線直徑為0.1mm,實際外徑為0.12mm,NP銅線直徑為0.12mm,實際外徑為0.14mm,NS銅線直徑為0.4mm,實際外徑為0.6mm,TAPE采用0.025mm厚的麥拉膠紙。

NV 若采用銅線直徑為0.2mm,實際外徑為0.22mm;線包單邊厚度 為:E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.22+0.025*2=1.77mm。

NV 若采用銅線直徑為0.1mm雙線并饒,實際外徑為0.12mm;線包單邊厚度 為:E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.12+0.025*2=1.67mm。

測量或查EFD15的BOBBIN的單邊槽深為2.0mm,所以以上2種方式繞制的變壓器都可行。

(2)EPC13的變壓器設(shè)計

依 然沿用以上設(shè)計方法,測量或查BOBBIN資料可得EPC13 BOBBIN幅寬為6.8mm,次級匝數(shù)為:6.8/0.6=11.3Ts,取11Ts;初級匝數(shù)為:11*16.5=181.5Ts,取182Ts;反 饋匝數(shù)為:15/(5+1)*11=27.5Ts;取28Ts。

EPC13的繞線方式同EFD15,再這里就不再重復(fù)了。

以 上變壓器設(shè)計出的各項差數(shù)是以控制漏感為出發(fā)點的,各項參數(shù)(肖特基的VF,MOS管的電壓應(yīng)力余量)都是零界或限值,實際設(shè)計中會因次級繞線同名端對應(yīng) 輸出PIN位出現(xiàn)交叉,或輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠?,或供?yīng)商的制程能力,都會使次級線圈減少1~2圈,對應(yīng)的初級和反饋也需根據(jù)匝比減少圈數(shù),目前市場的競 爭導(dǎo)致制造商把IC內(nèi)置MOS管的VDS耐壓減小一點來節(jié)省成本,為保留更大的電壓應(yīng)力余量,需再減少初級匝數(shù);以上的修改都會對EMC 輻射造成負(fù)面影響,對應(yīng)的取舍還需權(quán)衡,但前提是必須使產(chǎn)品工作在DCM模式。

下面再以EPC13為實例,講講優(yōu)化設(shè)計后的變壓器設(shè)計。

方法同上,先計算出次級,因考慮到輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠芑蜉敵鼍€與BOBBIN PIN位交叉,所以需預(yù)留1匝空間,得,次級匝數(shù)為:6.8/0.6-1=10.3,取10Ts.

再計算初級匝數(shù),因考慮到為MOS管留更大的電壓應(yīng)力余量,所以反射電壓取之前的75%,得:(Vout+VF)*n<100*75%,輸出5V/1A,采用2A/40V的肖特基即可,2A/40V的肖特基其VF值一般為0.55V。

代入上式得:n<13.51,取13.5,得NP=10*13.5=135Ts;代入上式驗證(5+0.55)*(135/10)=74.925<75成立。確定NP=135Ts。

反饋匝數(shù),依然取反饋電壓為15V,得,15/(5+0.55)*10=27Ts。

PSR線路設(shè)計變壓器很關(guān)鍵,所以先講變壓器。

后續(xù)會繼續(xù)講出設(shè)計PSR的具體每個元件的設(shè)計,包括取樣電阻,吸收回路,保護(hù)設(shè)計及EMC控制方法。

PSR電路一般OCP設(shè)計的不是很大,一般在120%左右,如果測試是以輸入AC90/50Hz(沒打錯,不是60Hz哦),輸出帯載到1.2A剛好出現(xiàn)一點飽和,實際燒機(jī)1.0A是不會飽和的,你可以試試,實際燒機(jī)后的OCP會在110%左右。

變壓器10%的誤差太大了點吧,變壓器采用機(jī)械研磨誤差沒那么大。

匝數(shù)多可以提高一點電感量,可以讓負(fù)載時的頻率輻射低些,當(dāng)然,你也可以把EFD15的匝數(shù)減少些,但EMC的處理就和EPC13一樣需特別注意布線。

把這個波形在示波器上拉寬,看那條上升的斜線,那是電流上升的波形,要保持是一條緩慢上升的斜線,如果在頂端出現(xiàn)突然上升,說明變壓器有飽和跡象。

當(dāng)然,變壓器有一點飽和跡象,在實際中是可以長期燒機(jī)的,但因為電流突然上升會測試較強的輻射噪音,所以要控制到變壓器不飽和為佳。

但不飽和就得再研磨CORE,降低電感量,但CORE研磨多了,氣隙大了,漏感和渦流也會增大,同樣會影響EMC噪音,所以把CORE研磨到零界飽和點是最佳取舍方式。

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