反激式开关电源设计全过程
以21V63W 反激式开关电源的设计过程为例作较为详细的说明,公式的全过程不需要单 位换算,只要跟着公式的每一步计算程序进行演算,均可顺利完成你的计算任务。非常适合初学者“摸石头过河”。由于本人水平有限,出错在所难免,欢迎大家批评指正!
输入电压:175-264VAC
输出电压:21V
输出电流:3A
输出功率Po: 63W
频率设定在60KHz
占空比初步定在0.45
反馈电压取14.5V
反馈电流取100Ma
总体拓扑如下:
反激式开关电源设计全过程 反激式开关电源设计全过程 反激式开关电源设计全过程 反激式开关电源设计全过程 反激式开关电源设计全过程
变压器计算
一.挑选磁芯。
考虑成本因素在此选择PC40 材质,查PC40 资料得
Bs=0.39T Br=0.06T
^B=Bs-Br=0.39T-0.06T=0.33T
为了防止磁芯的瞬间出现磁饱和,我取低
^B 值,即0.33T*0.6=0.198T(取0.2T)
用AP 法计算磁芯
AP=[(Po/^n+Po)*1000]/2*^B*Fs*1000*J*Ku)
AP=[(63W/0.8+63W)*1000]/(2*0.2*60KHz*1000*400*0.2)
AP=0.738(mm4)
公式中
^B 是效率取0.8
Fs 开关频率60KHz
J 电流密度取400(A/cm2)
Ku 铜窗系数取0.2
根据上图,我选择大于计算AP 值的磁芯EE3528
相关参数是:
Ae=84.8mm2 AP=1.3398cm4
Aw=158mm2 AL=2600nH/H2
二.为了适应突变的负载电流,我把电源设计在临界电流模式。
临界电流IoB=0.8*Io=0.8*3A=2.4A
1.最小输入电压Vimin ViACmin*1.2=210V
2.匝比n=[Vimin/(Vo+Vf)]*[Dmax/(1-Dmax)]
n=[210V/(21V+1V)]*[0.45/(1-0.45)]
n 7.8
3.副边峰值电流^IsB=2*IoB/(1-Dmax)
^IsB=2*2.4A/(1-0.45)
^IoB=8.72A
4. 次级电感Ls=(Vo+Vf)*(1-Dmax)*[1/(Fs*1000)]/^IsB*1000000
Ls=(21V+1V)*(1-0.45)*[1/(60KHz*1000)]/8.72A*1000000
Ls=23.58Uh
5. 原边电感Lp=n*n*Ls
Lp 7.8*7.8*23.58uH
Lp=1434uH
6. 计算连续模式时的副边峰值电流.
^Isp=Io/(1-Dmax)+(^IsB/2)
^Isp=3A/(1-0.45)+(8.72A/2)
^Isp=9.81A
7. 计算连续模式时的原边峰值电流.
^Ipp ^Isp/n
^Ipp=9.81A/7.8
^Ipp=1.257A
三.匝数计算.
1. 原边匝数Np=Lp*^Ipp/(^B*Ae)
Np=1434uH*1.257A/(0.2*84.8)
Np=106.28T
取整Np=106T
2.副边匝数Ns=Np/n
Ns=106T/7.8
Ns=13.58T
取整Ns=14T
3.反馈匝数Nv=(Vcc+Vf)/[(Vo+Vf)/Ns]
Nv=(14.5V+1V)/[(21V+1V)/14T]
Nv=9.87T
取整Nv=10T
四.计算磁芯的空气间隙。
Ig=Np*Np*0.000001256*Ae/(Lp/1000)
Ig=106T*106T*0.000001256*84.8/(1434uH/1000)
Ig=0.83mm
五.线径.
1. 原边线径.
有效电流Iprms=Po/^n/Vimin
Iprms=63W/0.8/210V
Iprms=0.375A
线径
dwp=1.13*0.3 J 电流密度取4(A/mm2)
dwp=0.339mm
用两根直径0.18mm 的漆包线并绕.
2.次级线径.
dws=1.13*0.886 J 电流密度取4(A/mm2)
dws=1.0mm
用4 根直径0.25mm 的漆包线并绕.
六.电流趋肤深度计算.
^I=76.5/244.9
^I=0.31mm
核对dwH=^I*2*0.9
dwH=0.558mm
多股并绕时的线径必须小于或等于dwH 值,单线绕制时,线径如果超过dwH 值就要考虑采用多股并绕。
变压器结构绕制.
元器件计算
1. 保险丝计算.
Iimax=Po/^n/Vimin
Iimax=63/0.8/175
Iimax=0.45A
FUSE=0.45*Kr
FUSE 1.998A
保险丝选择F2A250V
式中Kr 值是4.44046
具体计算公式见本人QQ 里
有详细计算过程。
2. 输入虑波电容计算.
容量
C=Vo*Io*[2*3.14/f*(Vimin/3.14/3.14-4.44)]
C=21*3*[2*3.14/50*(175/3.14/3.14-4.44)]
C=105.2Uf
最大施加电压
VH=Vimax*1.414
VH=264*1.414
VH=373.2V
电容选择100uF400V
2. 工频整流管计算.
3. 启动电阻计算.
4. 额定电流计算
5. 功率开关计算.
6. 振荡频率计算
7. 输出整流管计算.
8. 整流管RC 吸收支路计算.
9. 输出虑波电容计算.
10. 输出电感计算.
11. TL431 外围元件计算.
12. RCD 尖峰吸收支路计算.
13. 电流检测电阻计算.