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1、反激式开关电源变压器设计反激式开关电源变压器设计2 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材一、变压器的设计步骤和计算公式：一、变压器的设计步骤和计算公式：1.1 1.1 变压器的技术要求变压器的技术要求: : 输入电压范围；输入电压范围； 输出电压和电流值；输出电压和电流值； 输出电压精度；输出电压精度； 效率效率； 磁芯型号；磁芯型号； 工作频率工作频率f f； 最大导通占空比最大导通占空比DmaxDmax； 最大工作磁通密度最大工作磁通密度Bmax;Bmax; 其它要求。其它要求。1.2 1.2 估算输入功率，输出电压，输入电流和峰值电流估算输入功率，输出电压，输入电流和峰值电流:
2、: 1 1）估算总的输出功率：）估算总的输出功率：P Po o=V=V0101xI I0101+V+V0202xI I0202 2 2）估算输入功率：）估算输入功率：P Pinin= P= Po o/ / 3 3）计算最小和最大输入电流电压）计算最小和最大输入电流电压 V Vin(MIN)in(MIN)=AC=ACMINMINx1.414(DCV)1.414(DCV) V Vin(MAX)in(MAX)=AC=ACMAXMAXx1.414(DCV)1.414(DCV) 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术
3、部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材1.9 1.9 检查相应输出端的电压误差检查相应输出端的电压误差 VsnVsn Vsn%=(Vsn%=( = Nsn-Vsn)/Vsn)= Nsn-Vsn)/Vsn)x100% 100% Nsn Nsn 式中：式中： Vsn% Vsn% 相应输出电压精度相应输出电压精度%;%; Vsn Vsn 相应输出电压值；相应输出电压值； Nsn Nsn 计算的相应输出电压匝数；计算的相应输出电压匝数； Nsn N
4、sn 选取的整数相应输出电压匝数。选取的整数相应输出电压匝数。 如果输出电压不能满足规定的精度，可以将主输出绕组如果输出电压不能满足规定的精度，可以将主输出绕组Ns1Ns1增加一匝，增加一匝，再计算相应输出绕组匝数，看能否满足相应精度，如果这样修改结果仍再计算相应输出绕组匝数，看能否满足相应精度，如果这样修改结果仍不满足要求，只可回到开始阶段，增加一次绕组匝数，重新计算一次绕不满足要求，只可回到开始阶段，增加一次绕组匝数，重新计算一次绕组匝数组匝数, ,直到满足要求为止，但是增加一次绕组匝数，会使变压器工作磁直到满足要求为止，但是增加一次绕组匝数，会使变压器工作磁通密度向小的方向调整通密度向小
5、的方向调整, ,这可能造成在较低输入电压时这可能造成在较低输入电压时, ,输出无法达到额输出无法达到额定的电压定的电压, ,所以在变压器设计时要适当的处理好输出电压精度和额定输出所以在变压器设计时要适当的处理好输出电压精度和额定输出电压值的关系电压值的关系. . 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 1.10 1.10 计算和选取绕组导线线径计算和选取绕组导线线径 绕组导线线径按下式计算绕组导线线径按下式计算dwn= dwn= 1.13 In (mm) 1.13 In (mm) J J 式中：式中： dwm dwm 相应绕组线径，单位为相应绕组线径，单位为mm;mm; In In 相应
6、绕组额定电流，单位为相应绕组额定电流，单位为A A； J J 电流密度，单位为电流密度，单位为A/mmA/mm2 2, ,一般取一般取3-10A/mm3-10A/mm2 2选取各绕组线径后，按下式计算在开关工作频率时导线的趋肤深度，选取各绕组线径后，按下式计算在开关工作频率时导线的趋肤深度，如果导线线径超过趋肤深度，应选用导线截面积相近的多股线绕制。如果导线线径超过趋肤深度，应选用导线截面积相近的多股线绕制。 66.1 66.1 S= (mm) S= (mm) f f式中：式中：S S 导线趋肤深度，单位为导线趋肤深度，单位为:mm;:mm; f f 开关工作频率，单位为开关工作频率，单位为H
7、z.Hz. 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 1.11 1.11 计算变压器铜损计算变压器铜损1 1）按照选取的磁芯，估算出变压器平均绕组长度）按照选取的磁芯，估算出变压器平均绕组长度MLTMLT。例如对例如对EEEE型磁芯型磁芯MLTMLT估算方法如下：估算方法如下： MLT=E+D+MLT=E+D+（E-DE-D）+2C=2E+2C+2C=2E+2C其它型号磁芯估算其它型号磁芯估算MLTMLT可依此方法类推。可依此方法类推。2 2）按下试计算各绕组铜损）按下试计算各绕组铜损Pcun=(NnPcun=(Nn* *MLTMLT* *Rn)InRn)In2 2式中：式中：Pcun P
8、cun 第第n n绕组铜损，单位为瓦绕组铜损，单位为瓦 Nn Nn 第第n n绕组匝数，单位为匝绕组匝数，单位为匝 MLT MLT 平均绕组长度，单位为平均绕组长度，单位为m m Rn Rn 第第n n绕组导线每米长电阻，单位为绕组导线每米长电阻，单位为； InIn2 2 第第n n绕组额定电流，单位为绕组额定电流，单位为A A； n n 绕组序号，绕组序号，n=1,2,3n=1,2,3 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 3 3）按下式计算变压器铜损）按下式计算变压器铜损Pcu=Pcu=pcunpcun1.12 1.12 计算变压器铁损计算变压器铁损PcPc 变压器铁损可根据选取的
9、磁芯型号、材质、按照变压器工作频率和变压器铁损可根据选取的磁芯型号、材质、按照变压器工作频率和磁通密度从磁芯手册中查得磁通密度从磁芯手册中查得. .1.13 1.13 验证变压器损耗是否符合设计要求验证变压器损耗是否符合设计要求根据变压器规定的效率根据变压器规定的效率按下式计算变压器的损耗值按下式计算变压器的损耗值: :P PT T=P=Pinin-P-PO O=P=PO O/ / -P -PO O 若若P PT T （Pcu+Pc),Pcu+Pc),变压器设计合格，如果计算的（变压器设计合格，如果计算的（Pcu+Pc)Pcu+Pc)值大于值大于P PT T值，这时就要依情况调整绕组导线线径或
10、改变磁芯尺寸或材质，以满值，这时就要依情况调整绕组导线线径或改变磁芯尺寸或材质，以满足变压器的损耗符合要求。足变压器的损耗符合要求。 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2. 2. 设计例设计例2.1 2.1 变压器技术指标变压器技术指标 输入电压：输入电压：AC90240V AC90240V ，50/60Hz50/60Hz 输出：输出：DC+5VDC+5V，额定电流，额定电流1A1A，最小电流，最小电流0.75A0.75A DC+12V, DC+12V,额定电流额定电流1A1A，最小电流，最小电流100mA100mA DC-12V, DC-12V,额定电流额定电流1A1A，最小电流
11、，最小电流100mA100mA DC+24V, DC+24V,额定电流额定电流1A1A，最小电流，最小电流0.25A0.25A DC+12V, DC+12V,偏置电流偏置电流100mA100mA 输出电压精度：输出电压精度：+5V+5V，+12V+12V：最大：最大+/-5%+/-5% +24V +24V：最大：最大+/-10%+/-10% 效效 率：率： =80% 工作频率：工作频率：50KHz50KHz 工作磁通密度：工作磁通密度：Bmax=2000GBmax=2000G 安安 规：规：VDEVDE 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2.2 2.2 估算输入功率、输入电压、输入
12、电流和峰值电流估算输入功率、输入电压、输入电流和峰值电流1 1）输出功率：）输出功率：Po=5VPo=5V* *1A+21A+2* *12V12V* *1A+24V1A+24V* *1.5A=65W1.5A=65W2) 2) 输入功率：输入功率：Pin=Po/Pin=Po/=65W/0.8=81.25W3) 3) 最低输入电压：最低输入电压：Vin(min)=AC90VVin(min)=AC90V* *1.414=DC127V1.414=DC127V4) 4) 最高输入电压：最高输入电压：Vin(max)=AC240VVin(max)=AC240V* *1.414=DC340V1.414=DC
13、340V5) 5) 最大平均输入电流：最大平均输入电流： Iin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64AIin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64A6) 6) 最小平均输入电流：最小平均输入电流： Iin(min)=Pin/Vin(max)=81.25WDC340V=DC0.24AIin(min)=Pin/Vin(max)=81.25WDC340V=DC0.24A7) 7) 峰值电流：峰值电流：Ipk=5.5Po/Vin(min)=5.5Ipk=5.5Po/Vin(min)=5.5* *65W/127V=2.81A6
14、5W/127V=2.81A2.3 2.3 确定磁芯型号尺寸确定磁芯型号尺寸按照表按照表1 1，65W65W可选用每边约可选用每边约35mm35mm的的EE35/35/10EE35/35/10材料为材料为PC30PC30磁芯磁芯磁芯磁芯Ae=100mmAe=100mm2 2, Acw=188mm, Acw=188mm2 2, W=40.6g, W=40.6g2.4 2.4 计算一次电感最小值计算一次电感最小值LpriLpri Vin(min).Dmax 127 Vin(min).Dmax 127* *0.50.5 Lpri= = = 452 Lpri= = = 452* *1010-6-6H=4
15、52uHH=452uH Ipk.f 2.81 Ipk.f 2.81* *5050* *10103 3此处选此处选Dmax=0.5Dmax=0.5 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2.5 2.5 计算磁芯气隙计算磁芯气隙LgapLgap值值 0.4Lpri.Ipk0.4Lpri.Ipk* *10108 8 0.4 0.4* *452452* *1010-6-6* *2.812.81* *10108 8LgapLgap= = = 0.04cm=0.4mm= = = 0.04cm=0.4mm Ae B Ae B2 2max 1max 1* *(2000)(2000)2 2 查表，查表，
16、EE35/35/10 AL=120uH/NEE35/35/10 AL=120uH/N2 2 LgapLgap约为约为0.5mm0.5mm2.6 2.6 计算一次绕组最大匝数计算一次绕组最大匝数NpriNpri Lpri 452 Lpri 452* *1010-6-6 Npri Npri = = = 61.4= = = 61.4匝匝 取取Npri=62Npri=62匝匝 AL 120AL 120* *1010-9-92.7 2.7 计算二次主绕组匝数计算二次主绕组匝数NS1NS1（NS1NS1为为DC+5VDC+5V绕组）绕组） Npri(VNpri(V0101+V+VD D)(1-Dmax)
17、62)(1-Dmax) 62* *(5+0.7)(5+0.7)* *(1-0.5)(1-0.5)Ns1=Ns1= = = 2.78 = = 2.78匝匝 Vin(min)Dmax 127Vin(min)Dmax 127* *0.5 0.5 取取Ns1=3Ns1=3匝匝此处整流二极管压降此处整流二极管压降V VD D=0.7V=0.7V 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2.8 2.8 计算其它次级绕组匝数计算其它次级绕组匝数 (Von+V(Von+VD Dn)Ns1n)Ns1 Nsn Nsn = = V V0101+V+VD1D1 (12+0.7) (12+0.7)* *3 3 +
18、12V +12V Nsn Nsn = = 6.68= = 6.68匝匝 取取7 7匝匝 5+0.7 5+0.7 (24+0.7) (24+0.7)* *3 3 +24V +24V Ns24 Ns24 = = 13= = 13匝匝 取取1313匝匝 5+0.7 5+0.7 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2.9 2.9 检查相应输出端电压误差检查相应输出端电压误差 VsnVsn Vsn%=( Vsn%=( = = * *Nsn-Vsn)/Vsn)Nsn-Vsn)/Vsn)* *100% 100% Nsn Nsn 12 12 +12V +12V VVS12S12%=( %=( = =
19、 * *7-12)12)7-12)12)* *100%=4.79%100%=4.79% 6.68 6.68 24 24 +24V +24V VVS24S24%=( %=( = = * *13-24)24)13-24)24)* *100%=0 %100%=0 % 13 13 电压误差均符合要求。电压误差均符合要求。2.10 2.10 计算和选取绕组导线线径计算和选取绕组导线线径 dwn=1.13 Indwn=1.13 In J J 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 计算趋肤深度计算趋肤深度 66.1 66.166.1 66.1 S S = = = = 0.29 mm = = 0.29
20、 mm f 50 f 50* *10103 3 一次绕组：一次绕组：dwp = 1.13 0.64 = 0.52 dwp = 1.13 0.64 = 0.52 取取0.5mm0.5mm 3 3 二次绕组：二次绕组：+5V dwn1 = 1.13 1 = 0.65 +5V dwn1 = 1.13 1 = 0.65 取取0.5mm 60.5mm 6股股 3 3 +12V, 0.5, 4+12V, 0.5, 4股股 -12V, 0.5, 2-12V, 0.5, 2股股 +24V, 0.5, 2+24V, 0.5, 2股股 偏置偏置, 0.4, , 0.4, 单股单股 反激式开关电源变压器设计(2)技
21、术部培训教材 变压器绕组结构的设计变压器绕组结构的设计 变压器线路图如下：变压器线路图如下： 0.5/310.5/31匝匝 0.50.5* *2/62/6匝匝 0.5/310.5/31匝匝 0.50.5* *4/44/4匝匝 0.50.5* *6/36/3匝匝 0.4/70.4/7匝匝 0.50.5* *2/72/7匝匝 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 变变压器绕制结构如下：压器绕制结构如下： 0.06/30.06/3层层 偏置绕组偏置绕组 0.06/30.06/3层层 一次绕组一次绕组 0.06/30.06/3层层 二次绕组二次绕组 0.06/30.06/3层层 一次绕组一次绕
22、组 3mm3mm 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 2.11 2.11 计算变压器损耗计算变压器损耗1 1）铜损：）铜损：Pcun = NnVPcun = NnV* * MLT MLT* *Rn)InRn)In2 2 MLT = 2E+2C=2MLT = 2E+2C=2* *25.27+225.27+2* *9.35=69.24mm9.35=69.24mm初级铜损：初级铜损： Pcup=(62Pcup=(62* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085)0.640.085)0.642 2 =0.15W 149W =0.15W 149W次级铜损：次级铜损： Pcu
23、+5V=(3Pcu+5V=(3* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/6)30.085/6)32 2 =0.026W 0.07W =0.026W 0.07W Pcu+12V=(4 Pcu+12V=(4* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/4)20.085/4)22 2 =0.024W 0.06W =0.024W 0.06W Pcu+24V=(6 Pcu+24V=(6* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/2)10.085/2)12 2 =0.018W 0.05W =0.018W 0.05W Pcu-12V=(7 P
24、cu-12V=(7* *69.2469.24* *1010-3-3* *0.085/2)10.085/2)12 2 =0.021W 0.06W =0.021W 0.06W总铜损：总铜损： Pcu=0.15+0.026+0.024+0.018+0.021=0.239WPcu=0.15+0.026+0.024+0.018+0.021=0.239W 2) 2) 铁损：铁损：PC30PC30磁芯在磁芯在50KHz,2000G50KHz,2000G时损耗时损耗=250mw/cm=250mw/cm3 3=52mw/g=52mw/g Pc=250 Pc=250* *1010-3 -3 * *40.6 =2.
25、1W 40.6 =2.1W 4.8 4.83) 3) 变压器总损耗变压器总损耗P PDTDT=P=PCUCU+P+PC C=0.239+2.1=2.339=2.34W=0.239+2.1=2.339=2.34W 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材 4) 4) 开关电源总损耗估算：开关电源总损耗估算： 基于基于MOSFETMOSFET的反激式变换器的经验方法，开关电源损耗的的反激式变换器的经验方法，开关电源损耗的35%35%是由是由MOSFETMOSFET产生，产生，60%60%号整流部分产生，其余是变压器的损耗。号整流部分产生，其余是变压器的损耗。效率为效率为80%80%时，本开关电
26、源总损耗为时，本开关电源总损耗为16.25W.16.25W.a. MOSFET:Pa. MOSFET:PDMDM=16.25W=16.25W* *0.35=5.7W0.35=5.7Wb. b. 整流部分：整流部分： P PD D+5V=(5/65+5V=(5/65）（）（16.25W16.25W）（）（0.60.6）=0.75W=0.75W P PD D+12V=(12+12V=(12* *2/652/65）（）（16.25W16.25W）（）（0.60.6）=3.6W=3.6W P PD D+24V=(24/65+24V=(24/65）（）（16.25W16.25W）（）（0.60.6）=3.6W=3.6Wc. c. 变压器部分：变压器部分：P PDTDT= P= PCUCU+P+PC C =2.339W =2.339W开关电源总损耗开关电源总损耗P PD D =5.7+0.75+3.6+3.6+2.34=15.72W=5.7+0.75+3.6+3.6+2.34=15.72W低于规定的低于规定的16.25W,16.25W,变压器设计合格。变压器设计合格。 反激式开关电源变压器设计(2)技术部培训教材END本课程讲解完毕，进入自由提问阶段本课程讲解完毕，进入自由提问阶段*谢谢谢谢*