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[资料] 如何进行反激变压器的设计详细计算公式合集
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 楼主 | 发布于 2019-06-22 | 只看楼主
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1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ŋ=0.90

     2. 工作频率和最大占空比确定.
     :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.

     3. 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,: 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(此处匝数比是小数,取整数后重新验证占空比D=N*(VO+1)/(VIN+N*(VO+1))得到新的占空比)

     4. 变压器初级峰值电流的计算.
     +5V输出电流的过流点为120%;+5v+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
     1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pin()

一般连续模式设计,我们令 Ip2=3Ip1 这样就可以求出变换器的原边电流,由此可以得到原边电感量:

 Lp= DMax•VinDCMin/fs•ΔIP     对于连续模式,ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;对于断续模式,ΔIp=Ip2
     Ip2=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax]
        =2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]
        =3.00A 
     Ip1=0.4*Ip1=1.20A
     5. 变压器初级电感量的计算.
     由式子Vdc=Lp*dip/dt,:
            Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2]
              =100*4.5/[3.00-1.20]
              =250uH

     6.变压器铁芯的选择.
       根据式子Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ],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:
     EER2834S铁氧体磁芯的有效截面积Ae=0.854cm2它的窗口面积Aw=148mm2=1.48cm2
     EER2834S的功率容量乘积为
     Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm4 >0.157cm4
     故选择EER2834S铁氧体磁芯.

     7.变压器初级匝数及气隙长度的计算.
     1).Np=Lp*(Ip1-Ip2)/[Ae*Bm],:
     Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12   Np=36   Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,:
     气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp
     =4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH)
     =0.556mm   lg=0.6mm
     2). +5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax.
     Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np]
         =250*10-6*3.00/[85.4 mm2*36]
         =0.2440T=2440Gs <3000Gs
     因此变压器磁芯选择通过.

     8. 变压器次级匝数的计算.
     Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64    Ns1=3
     Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50   Ns2=7
     故初次级实际匝比:n=36/3=12

     9.重新核算占空比DmaxDmin.
     1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc.
     Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,:
     Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)]
     =6*12/[6*12+100]=0.418
     2).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.
     Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)]
     =6*12.00/[6*12.00+374.7]=0.16

     10. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms).
     1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K.
     Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W
     1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ  (1)        
     K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp)          (2)     
     (1)(2):
      Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+      
      Vin(min)* Ton(max)/Lp}                      
      =0.5*{2*73*10/[0.90*100*4.18]+100*4.18/250.0}
      =2.78A                                       
     K=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40
     Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A
     2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2
                 =[0.418/3*(2.782+1.112+2.78*1.11)] 1/2
                 =1.30A
     11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算:

当开关管截止时, 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.因此开关管截止时,初级峰值电流与匝数的乘积等于次级各绕组匝数与峰值电流乘积之和(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p).由于多路输出的次级电流波形是随各组负载电流的不同而不同, 因而次级电流的有效值也不同.然而次级负载电流小的回路电流波形,在连续时接近梯形波,在不连续时接近三角波,因此为了计算方便,可以先计算负载电流小的回路电流有效值.
     1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形:
      1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02     (3)
      Ls1*[Is2p –Is2b]/toff=V02+Vf     (4)
      Ls2/Lp=(Ns2/Np)2                (5)
      (3)(4)(5)式得:
      Is2p=1/2*{2*I02/[1-D]+[V02+Vf]*[1-D]*T*Np2/[Ns22*Lp]}
=0.5*{2*1/[1-0.418]+[12+1]*[1-0.418]*10*362/[72*250]}
      =5.72A
  Is2b=I01/[1-D]-1/2*[V01+Vf]*[1-D]*Np2/[Ns22*Lp]=1/0.582-0.5*13*0.582*10*362/[72*250]=-2.28A <0
     因此假设不成立.+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形.
     +12V整流管导通时间为t’.
     Is2b=0代入(3)(4)(5)式得:
     1/2*Is2p*t’/T=I02     (6)      
     Ls1*Is2p/t’=V02+Vf    (7)       
     Ls2/Lp=(Ns2/Np)2      (8)       
     (6)(7)(8)式得:
     Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2
         ={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2
         =5.24A
     t’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us
     2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流:
     Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p  
                =[3.817/3*10] 1/2*5.24
                =1.87A
     3).+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:
     Is1rms= Is2(rms)*I01/I02=1.87*10/1=18.7A

     12.变压器初级线圈和次级线圈的线径计算.
     1).导线横截面积:
     前面已提到,取电流密度j=5A/mm2
     变压器初级线圈:导线截面积= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2
     变压器次级线圈:
     (+5V)导线截面积= Is1(rms)/j=18.7A/5A/mm2=3.74 mm2
     (+12V)导线截面积= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm2=0.374mm2
     2).线径及根数的选取.
     考虑导线的趋肤效应,因此导线的线径建议不超过穿透厚度的2.
     穿透厚度=66.1*k/(f)1/2    k为材质常数,Cu20k=1.
             =66.1/(100*103)1/2=0.20
     因此导线的线径不要超过0.40mm.
     由于EER2834S骨架宽度为22mm,除去6.0mm的挡墙宽度,仅剩下16.0mm的线包宽度.因此所选线径必须满足每层线圈刚好绕满.
     3).变压器初级线圈线径:
     线圈根数=0.26*4/[0.4*0.4*3.14]=0.26/0.1256=2
     Φ0.40*2根并绕18,分两层串联绕线.
     4).变压器次级线圈线径:
     +5V: 线圈根数=3.74/0.1256=30
     Φ0.40*10根并绕3, 分三层并联绕线.
     +12V: 线圈根数=0.374/0.1256=3
     Φ0.40*1根并绕7, 分三层并联绕线.
     5).变压器绕线结构及工艺.

 



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回复于 2019-06-23 沙发

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回复于 2019-06-24 2#

很实用的资料!!!!
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回复于 2019-06-25 3#

学习学习
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回复于 2019-06-25 4#

感谢分享
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回复于 2019-06-25 5#

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回复于 2019-06-25 6#

超级好资料
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回复于 2019-06-25 7#

感谢分享

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回复于 2019-06-25 8#

谢谢分享!
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回复于 2019-06-26 9#

谢谢
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回复于 2019-06-27 10#

学习
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