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絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì):變壓器設(shè)計(jì)(數(shù)值計(jì)算)
發(fā)布時(shí)間:2021-04-25 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】接下來(lái)將進(jìn)入實(shí)際設(shè)計(jì)絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器。首先,先貼出使用例題所選擇的控制IC“BM1P061FJ:AC/DC用 PWM 控制器IC”的電路圖。
接下來(lái)將進(jìn)入實(shí)際設(shè)計(jì)絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器。首先,先貼出使用例題所選擇的控制IC“BM1P061FJ:AC/DC用 PWM 控制器IC”的電路圖。
從這部分開(kāi)始說(shuō)明如何選擇電路必要的部件,以及計(jì)算各數(shù)常量的方法。其他部分也必須參照本段所說(shuō)明的電路,各位可以多加利用。
本電路設(shè)計(jì)符合先前所決定的“電源規(guī)格范例”要求。
電源規(guī)格范例
輸入電壓:85~264VAC
輸出:12VDC±5% / 3A 36W
輸出紋波電壓:200mVp-p
絕緣耐壓:一次側(cè)-二次側(cè)間 3kVAC
工作溫度范圍:0~50℃
效率:80%以上
無(wú)負(fù)載時(shí)輸入功率:0.1W以下
輸入電壓經(jīng)過(guò)濾波器,經(jīng)由全波整流器DA1和C1,進(jìn)行整流和平滑化。經(jīng)過(guò)整流的DC高電壓輸入至變壓器T1,再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)用晶體管進(jìn)行開(kāi)關(guān)。變壓器T1的二次側(cè),其輸出是利用光耦合器絕緣,再反饋至AC/DC轉(zhuǎn)換器用IC的IC1。利用反饋環(huán)路控制開(kāi)關(guān)晶體管Q1,并讓輸出保持穩(wěn)定。電路構(gòu)造大致如上所述。
其他的部件和電路將在后續(xù)段落繼續(xù)說(shuō)明。
絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì):變壓器設(shè)計(jì)(數(shù)值計(jì)算)
反激式轉(zhuǎn)換器必要的變壓器設(shè)計(jì)時(shí),依據(jù)電源規(guī)格,算出變壓器設(shè)計(jì)上必要的數(shù)值開(kāi)始。基本上利用各自的公式進(jìn)行計(jì)算。變壓器的相關(guān)設(shè)計(jì)信息,會(huì)寫(xiě)在該設(shè)計(jì)所使用的IC1的BM1P061FJ的應(yīng)用備忘錄上面,設(shè)計(jì)時(shí)可以多參考看看。在這里,說(shuō)明電路圖的局部放大幫助大家更容易了解內(nèi)容。整個(gè)電路請(qǐng)參照“設(shè)計(jì)范例電路”。
本電路圖摘錄自范例電路中的變壓器T1部分。變壓器T1除了輸入的初級(jí)繞組Np和輸出的次級(jí)繞組Ns外,還包含IC1產(chǎn)生VCC電壓的線圈Nd在內(nèi)。
變壓器T1的設(shè)計(jì)步驟
設(shè)計(jì)變壓器T1時(shí)的步驟所示如下。依下列順序計(jì)算出數(shù)值,并導(dǎo)出下表變壓器的參數(shù)。繞組和流動(dòng)電流的記號(hào),請(qǐng)參照下方的變壓器簡(jiǎn)略圖。
①反激式電壓VOR的設(shè)定
②次級(jí)繞組電感值Ls、二次側(cè)的最大電流Ispk的計(jì)算
③初級(jí)繞組電感值Lp、一次側(cè)的最大電流Ippk的計(jì)算
④變壓器尺寸的決定
⑤初級(jí)繞組數(shù)Np的計(jì)算
⑥次級(jí)繞組數(shù)Ns的計(jì)算
⑦VCC繞組數(shù)Nd的計(jì)算
作為變壓器T1參數(shù)導(dǎo)出值
① 反激式電壓VOR的設(shè)定
反激式電壓VOR數(shù)值是VO(二次側(cè)Vout加上二次側(cè)二極管D6的VF)乘上變壓器的匝數(shù)比Np:Ns。設(shè)定該反激電壓VOR,來(lái)決定匝數(shù)比Np:Ns及Duty比值。基本公式和示例如下。
例如,匝數(shù)比Np:Ns為5.385、Duty(max)將是0.424。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則,Duty(max)以低于0.5較佳。如果,計(jì)算后Duty超過(guò)0.5時(shí),請(qǐng)調(diào)整VOR。
如果從反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理來(lái)看,為了讓施加在初級(jí)繞組的開(kāi)關(guān)用晶體管Vds,也就是VIN+VOR更加明確,而從設(shè)定反激式電壓VOR開(kāi)始。另外,一開(kāi)始也能夠采用例如先設(shè)定最大Duty比等其他方法。
關(guān)于反激式電路的工作和各電壓的詳細(xì),請(qǐng)參考“反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路和特征”的“PWM控制反激式轉(zhuǎn)換器的工作(連續(xù)模式)”等項(xiàng)目。
② 次級(jí)繞組電感值Ls、二次側(cè)的最大電流Ispk的計(jì)算
接著,計(jì)算次級(jí)繞組電感值Ls和二次側(cè)的最大電流Ispk。以下公式成立在本范例電路為不連續(xù)模式這種條件下,相等時(shí)刻即是臨界點(diǎn)(連續(xù)模式和不連續(xù)模式的分歧點(diǎn))。負(fù)載電流達(dá)到Iomax時(shí)也為臨界點(diǎn)。
考慮過(guò)負(fù)載保護(hù)點(diǎn)的余量,最大負(fù)載電流是Iout的1.2倍。Iout規(guī)格為3A,因此Iomax設(shè)定為3.6A。Vout=的規(guī)格為12V,VF和Duty使用經(jīng)由公式①計(jì)算出來(lái)的數(shù)值。
經(jīng)由上述公式,計(jì)算次級(jí)繞組電感值Ls=8.6μH,以及二次側(cè)的最大電流Ispk=12.5A。另外,也提供一次側(cè)電流波形和二次側(cè)電流波供各位參考。
③ 初級(jí)繞組電感值Lp、一次側(cè)的最大電流Ippk的計(jì)算
依照以下的公式,代人上述的計(jì)算結(jié)果,計(jì)算出初級(jí)繞組電感值Lp和一次側(cè)的最大電流Ippk。
在這里,計(jì)算出來(lái)的Lp將作為變壓器T1的參數(shù)導(dǎo)出值之一。
④ 變壓器尺寸的決定
變壓器鐵芯的尺寸是根據(jù)輸出功率Po(W)來(lái)決定。反激式轉(zhuǎn)換器一般輸出功率,和鐵芯尺寸之間的關(guān)聯(lián)性如下表所示。在本設(shè)計(jì)范例中Po=36W,因此鐵芯尺寸選擇EER28。
※上述數(shù)值為大略標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)向變壓器廠商確認(rèn)。
⑤ 初級(jí)繞組數(shù)Np的計(jì)算
初級(jí)繞組數(shù)Np最初的磁通密度必須設(shè)定在容許范圍內(nèi)。請(qǐng)依照下列公式計(jì)算。一般的鐵氧體鐵芯磁通密度B(T)的最大值為0.4T@100℃,所以Bsat=0.35T,代入Lp和Ippk計(jì)算初級(jí)繞組數(shù)Np。
其次,為了避免引起磁飽和現(xiàn)象,根據(jù)AL-Value-NI特性來(lái)設(shè)定Np。此時(shí),必須要滿足Bsat的條件計(jì)算公式。
對(duì)此,Lp為249μH且繞30圈時(shí),
經(jīng)由下方公式計(jì)算出NI值。
因?yàn)橐呀?jīng)算出AL-Value和NI,因此可以從EER28鐵芯尺寸的AL-Value-NI特性圖,確認(rèn)未超出容許范圍。如果超出范圍就必須調(diào)整Np。
⑥ 次級(jí)繞組數(shù)Ns的計(jì)算
在計(jì)算初級(jí)繞組之后,繼續(xù)計(jì)算次級(jí)繞組數(shù)Ns。先前已經(jīng)算出初級(jí)繞組Np為34圈,Np:Ns為5:1,將這些數(shù)值代入下列公式內(nèi)。
⑦ VCC繞組數(shù)Nd的計(jì)算
最后計(jì)算IC1產(chǎn)生VCC的繞組的匝數(shù)。
VCC為15V,從繞組開(kāi)始經(jīng)由二極管D6轉(zhuǎn)換成二極管的VF,且VF_vcc為1V時(shí),
因而,計(jì)算決定變壓器的規(guī)格的數(shù)值。最初加入依照規(guī)格表計(jì)算出來(lái)的數(shù)值后,再根據(jù)該規(guī)格來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)造。
整篇讀起來(lái)會(huì)覺(jué)得公式非常多,但其實(shí)已經(jīng)算是較為簡(jiǎn)單的公式,請(qǐng)各位務(wù)必試著計(jì)算看看。決定大略規(guī)格后,可以在獲得IC制造廠和變壓器廠商協(xié)助之下,繼續(xù)設(shè)計(jì)變壓器。
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