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开关电源学习资料-全国电子设计大赛
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更新于2023-03-16
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就是一般电子设计大赛要用到的开关电源,由于大赛的基本要求,电源一般都要自制,所以~~~
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用于单片集成开关 IC 开关电源的
反激式变压器设计
索引
1、反激式变压器设计介绍................................................................................................................................1
2、电源设计所需的标准....................................................................................................................................1
3、变压器设计步骤............................................................................................................................................1
4、变压器结构....................................................................................................................................................9
4.1 变压器材料..........................................................................................................................................10
4.2 绕线方式..............................................................................................................................................11
4.3 绕组顺序..............................................................................................................................................11
4.4 多路输出..............................................................................................................................................11
4.5 漏电感..................................................................................................................................................12
5、变压器磁芯类型..........................................................................................................................................12
6、线规表..........................................................................................................................................................13
7、参考资料......................................................................................................................................................14
8、变压器元件来源铁芯..................................................................................................................................14
1、反激式变压器设计介绍
反激式电源变换器设计的关键因素之一是变压器的设计。在此我们所说的变压器不
是真正意义上的变压器,而更多的是一个能量存储装置。在变压器初级导通期间能量存
储在磁芯的气隙中,关断期间存储的能量被传送给输出。初次级的电流不是同时流动的。
因此它更多的被认为是一个带有次级绕组的电感。
反激电路的主要优势是成本,简单和容易得到多路输出。反激式拓扑对于 100W 以
内的系统是实用和廉价的。大于 100W 的系统由于着重降低装置的电压和电流,其它诸
如正激变换器方式就变得更有成效。
反激式变压器设计是一个反复的过程,因为与它的变量个数有关,但是它不是很困
难,稍有经验就可快速和容易的处理。在变压器设计之前的重点是定义电源参数,诸如
输入电压,输出功率,最小工作频率,最大占空比等。根据这些我们就可以计算出变压
器参数,选择合适的磁芯。如果计算参数没有落在设计范围内,重复计算是必要的。利
用网站上的 EXCEL 电子表格可以容易的处理这些步骤。
属于 ISMPSIC 的 IR40xx 系列最初设计应用于准谐振方式,这意味变压器工作于不
连续模式(磁场不连续,当变压器中的能量传递到次边后磁场反回到零)。在 PRC 模
式中的变压器通常也工作于不连续状态,若工作于连续状态时工作频率设置的很低(约
20KHZ 时一般不实用,因为需要较大尺寸的磁芯)。因此本应用手册仅包含不连续设
计的实例。
2、电源设计所需的标准
在开始变压器设计之前,根据电源的规范必须定义一些参数如下:
1)最小工作频率——
2)预计电源效率—— ≈0.85~0.9(高压输出),0.75~0.85(低压输出)
3)最小直流总线电压—— 如 110V 时最小输入电压 85Vac,可有 10V 抖动)
4)最大占空比—— (建议最大值为 0.5)
5)串联谐振电容值—— (建议取值范围为 100pFf~1.5nF,见图 1)
3、变压器设计步骤
首先计算总输出功率,它包括所有次级输出功率,辅助输出功率和输出二极管的压
1
降。通常主要输出电流若大于 1A 使用肖特基二极管,小于 1A 使用快恢复二极管,当小
电流输出时辅助绕组可用 1N4148 整流(建议辅助电压为 18V,电流为 30mA)
输出功率( )计算的是总的输出功率。
根据 变压器的初级电感可由下式计算出。
图 1IR40xx 系列反激电路典型应用
下一步是计算初级,次级和辅助绕组的变比。下式给出初级( )和次级( )
变比的计算公式:
此处 是次级输出电压, 是次级输出整流管的正向压降。一个好的方法是先计
算次级每
2
伏的匝数,依此可计算出初级的匝数。辅助绕组的匝数 可依下式算出。
对于多路输出电源需要反复计算找出最佳变比,需要对输出电压采取一些折中以确
保匝数为整数,没有半匝。
现在就可计算出带气隙磁芯的有效电感。这需要从磁芯生产商处获得所需有气隙磁
芯的 值。
或者使用标准磁芯通过研磨中间段得到所需的 值它也可以用下式由初级电感
(μH)和初级匝数 计算出。
初级平均电流 可由假定效率 ,所需总输出功率 及最小直流总线电压 算出。
所需初级峰值电流 可由下式算出。
图 2 给出不连续模式初级电流波形。可以看出在 导通期间有一斜坡电流,其上升
斜率受直流总线电压和初级电感 控制,最终达到刚才所计算的峰值电流值 。在
关断期间初级无电流流过。在 处出现峰值磁通。由于 IR40xx 是自准谐振电路,
与 的转换依赖于输出负载和输入电压。计算时我们可采用变压器最坏情况下的最低频
3
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