有关开关电源变压器计算的问题

我用王志强翻译的“精通开关电源设计”介绍的计算开关电源变压器的方法来计算一款反激式开关电源，以下是计算过程。

我要设计的开关电源规格为：输入电压为90~264VAC、50HZ、工作效率为80%、输出功率为24W、输出电压为24V、输出电流为1A，开关电源IC工作频率为65KHZ、工作模式为CCM（电流连续模式），输入电容为一个22UF/400V与一个10UF/400V的电解并联组成。输出电容为一个470UF/50V的电解与一个220UF/50V的电解并联组成。

计算过程如下：

1、确定反射电压Vor

MOS管的耐压为600V,考虑用50V的电压裕量，则Vor=(600-50-1.414*264)*0.7=122.5V;

其中0.7为工程系数。

2、计算匝比N

输出整流二极管的压降为0.5V，则N=122.5/(24+0.5)=5；

3、最大占空比Dmax（理论值）

在最小输入电压90V时有最大占空比Dmax=122.5/(122.5+1.414*90)=0.49 ;

4、计算一次、二次有效负载电流

二次有效负载电流即为Io=1A

一次有效负载电流为Ior=Io/N=1/5=0.2A

5、计算实际的最大占空比Dmax

实际的最大占空比Dmax与平均电流有关，所以先求平均电流，

输入平均电流Iin=Pin/Vin=24/(0.8*1.414*90)=0.24A

实际的最大占空比Dmax=Iin/(Iin+Ior)=0.24/(0.24+0.2)=0.55

6、计算电流斜坡中心值

二次电流斜坡中心值IL=Io/(1-Dmax)=1/(1-0.55)=2.22A

一次电流斜坡中心值ILR=IL/N=2.22/5=0.44A

7、计算峰值开关电流Ipk

Ipk=(1+r/2)* ILR=(1+0.5/2)*0.44=0.55A (其中的r为电流纹波率，取0.5)

8、计算伏秒数Et

Von=1.414*90=127.3V ton=Dmax*T=0.55/65000=8.5uS

Et=Von* ton=127.3*8.5=1082(V.uS)

9、计算一次电感量Lp

Lp=Et/(ILR*r)=1082/(0.44*0.5)=4918(uH)

据经验，做一个24W的开关电源，变压器的一次电感量应该在500～700Uh,但以上计算出来的结果与实际应用相差太大了，请朋友们指点一下，问题出在哪儿？谢谢啦！

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oyang314

LV.5

2013-12-03 09:39

什么IC 变压器什么规格，输入电容22+10UF这么小，最小输入电压肯定会低于90，应该只有按70 80V算，有一个最小输入电压的公式，自己可以算下。

oyang314

LV.5

2013-12-03 10:15

@oyang314

什么IC 变压器什么规格，输入电容22+10UF这么小，最小输入电压肯定会低于90，应该只有按70 80V算，有一个最小输入电压的公式，自己可以算下。

wcg13537439710

LV.4

2013-12-04 10:26

@oyang314

什么IC 变压器什么规格，输入电容22+10UF这么小，最小输入电压肯定会低于90，应该只有按70 80V算，有一个最小输入电压的公式，自己可以算下。

IC用的是绿达的GR8874. 变压器用的是RM-8

zhanghuawei

LV.9

2013-12-04 15:42

@wcg13537439710

IC用的是绿达的GR8874. 变压器用的是RM-8

用一个专业的计算软件，写出来更详细些！

wcg13537439710

LV.4

2013-12-05 22:01

@zhanghuawei

用一个专业的计算软件，写出来更详细些！

请提供一个专业的计算软件，谢谢啦！

rainever

LV.8

2013-12-06 11:47

印象中,感量在500~700uh的设计,mosfet耐压都很高800V以上.

wcg13537439710

LV.4

2013-12-08 22:48

@oyang314

[图片]

用这个公式计算，输入电容容量越大，最小输入直流电压也就越大，最大占空比虽然减小了，但计算出来的初级电感量就变大了。

1）如当输入电容为32UF时，算出来最小输入电压为55.5V,最大占空比为0.57，初级电感量就为770UH,

匝数为48 匝；

2）如当输入电容为66UF时，算出来最小输入电压为98.8V，最大占空比为0.43，初级电感量为1.4MH，

匝数为64 匝。

第1）种情况虽然电感量比较合适，但是最大占空比超过了0.5，有可能会出现问题；

第2）种情况虽然占空比比较合适，但是初级电感量偏大；

请问以上如何来折衷呢？

wcg13537439710

LV.4

2013-12-08 22:50

@rainever

印象中,感量在500~700uh的设计,mosfet耐压都很高800V以上.

就是用这个公式算出来Dmax=Vor/(Vor+1.414*90)

oyang314

LV.5

2013-12-10 11:43

@wcg13537439710

就是用这个公式算出来Dmax=Vor/(Vor+1.414*90)

不用乘以1.414

oyang314

LV.5

2013-12-10 11:53

@wcg13537439710

用这个公式计算，输入电容容量越大，最小输入直流电压也就越大，最大占空比虽然减小了，但计算出来的初级电感量就变大了。 1）如当输入电容为32UF时，算出来最小输入电压为55.5V,最大占空比为0.57，初级电感量就为770UH, 匝数为48 匝； 2）如当输入电容为66UF时，算出来最小输入电压为98.8V，最大占空比为0.43，初级电感量为1.4MH，匝数为64匝。第1）种情况虽然电感量比较合适，但是最大占空比超过了0.5，有可能会出现问题；第2）种情况虽然占空比比较合适，但是初级电感量偏大；请问以上如何来折衷呢？

输入电容为68UF,效率按87%算，最小输入电压差不多是100V，你的反射电压取122V,我认为有点大，这样算的话你的DMAX=122/（100+122）=0.549,占空比肯定就有点大了。

oyang314

LV.5

2013-12-10 11:59

@oyang314

24W输入电容48UF就可以了，那最小输入电压就是90V,反射电压我觉得按80V左右就够，看你的骨架可以绕多少匝，在综合一下，你是做单电压吗？

wcg13537439710

LV.4

2013-12-10 18:25

@oyang314

24W输入电容48UF就可以了，那最小输入电压就是90V,反射电压我觉得按80V左右就够，看你的骨架可以绕多少匝，在综合一下，你是做单电压吗？

首先非常感谢你的解答！！

是的，我打算做全电压的！

现在我要问的一个问题是，你说的反射电压定为80V，是否说明这个反射电压是可以由自己来任意选择的吗？

oyang314

LV.5

2013-12-11 09:40

@wcg13537439710

首先非常感谢你的解答！！是的，我打算做全电压的！现在我要问的一个问题是，你说的反射电压定为80V，是否说明这个反射电压是可以由自己来任意选择的吗？

大家一起学习，我的意思是你只做24V1A,不做系列。反射是可以自己定的，可以根据你的MOS管耐压，反射电压太高，MOS尖峰会比较高，太低效率又会有影响，所以要综合考虑选取一个合适的值，有这样一个公式：VOR=VMOS-VINMAX-150V（假设区150V的余量）公式只供参考，具体看自己的电路调试。

oyang314

LV.5

2013-12-11 09:41

@wcg13537439710

IC用的是绿达的GR8874. 变压器用的是RM-8

RM的骨架要注意安全距离

wcg13537439710

LV.4

2013-12-15 22:30

@oyang314

[图片]

oyang314你好！我用了另外一种方法来计算了一下，请帮忙看看存在哪些问题？

计算开关电源的过程2.doc

oyang314

LV.5

2013-12-18 14:51

@wcg13537439710

oyang314你好！我用了另外一种方法来计算了一下，请帮忙看看存在哪些问题？计算开关电源的过程2.doc

按这个做出来的怎么样呢？

oyang314

LV.5

2013-12-18 14:59

@oyang314

按这个做出来的怎么样呢？

还没调出来吗？

oyang314

LV.5

2013-12-18 16:24

@oyang314

还没调出来吗？

算变压器的公式很多，但不能完全依赖公式，你的公式很详细，不过我一般都是先简单算一下，以实际调试为准，不知道你调出来了没有，你算的，我的建议有几点：

1.最大工作磁芯密度Bmax 一般不超过0.33T,可以实际测量IPK得出BM，算的时候可以以最大电感量算一下，看余量有多少。

2.初级59T，电感量1.2MH,感觉有点大。

3.电流密度为j=4.2A/mm，其实我觉得不需要取那么大，你1A选5-6A就够了，如果成本宽裕到是没关系.

4.计算最好以铺满骨架整层为好，可以减少漏感，你次级20T*0.35*2P,RM8的骨架幅宽9.0MM，你的次级应该要绕三层了，1A的电流用一根三层绝缘线就够了.次级算线径我是这样算的：Dsm=1.13*(IO/J根号）

5.初级线径的话，还可以减小一点，0.4的线都可以做36W了，当然如果你的机要求特别严，怎么样的。0.3-0.35MM应该差不多，可以实际测量一下变压器温度。

6.我算了一个，当然不一定可以(我不是什么大师啊，水平和你一样，有问题一起探讨学习，勿喷，哈哈）还是那句话，要以你的实际电路调整，需要调整那些参数。 NP:0.3*54, NS:0.5*17T，NF:0.2*3P*12T,LP=970UH,结构你自己看。

7.这里面为什么没有大师来说两句呢？

wcg13537439710

LV.4

2013-12-18 22:37

@oyang314

按这个做出来的怎么样呢？

我还有几个地方还不明白：

1. 电流密度我取了4.2A/mm^2，而你建议的是不是5～6A/mm^2呀？

2. 次级20T*0.35*2P,RM-8绕线宽度为9mm，要看两层能否绕得下，是不是按0.45的线径来算的呀？每一层的两端要预留多少空间比较合适呢？

3.辅助绕组你是怎么算到这样的：0.2*3P*12T的？

以上请指教！谢谢！

oyang314

LV.5

2013-12-19 09:17

@wcg13537439710

我还有几个地方还不明白： 1. 电流密度我取了4.2A/mm^2，而你建议的是不是5～6A/mm^2呀？ 2. 次级20T*0.35*2P,RM-8绕线宽度为9mm，要看两层能否绕得下，是不是按0.45的线径来算的呀？每一层的两端要预留多少空间比较合适呢？ 3.辅助绕组你是怎么算到这样的：0.2*3P*12T的？以上请指教！谢谢！

1. 电流密度我取了4.2A/mm^2，而你建议的是不是5～6A/mm^2呀？

2. 次级20T*0.35*2P,RM-8绕线宽度为9mm，要看两层能否绕得下，是不是按0.45的线径来算的呀？每一层的两端要预留多少空间比较合适呢？

3.辅助绕组你是怎么算到这样的：0.2*3P*12T的？

1.是的，一般这么小的电流，次级按5～6A/mm^2做够了。

2.两端留多少空间，一般直接用卡尺量骨架宽度是多少，然后三层绝缘线在加0.3MM的厚度，算一下多少匝是多宽，与骨架宽度对比一下就知道了，当然你要考虑做货要加套管，其实这个只要你不是很挤，没什么大影响，你自己在绕的时候看一下就知道了，初级一般留1T的空间就好了。

3.辅助绕组计算公式：NF=NS*VCC+VF/VO+VF , =17*17/25=12T（肖特基我是按HER304的压降来算的），用3根绕是为了绕满一层。

wcg13537439710

LV.4

2013-12-19 10:10

@oyang314

1. 电流密度我取了4.2A/mm^2，而你建议的是不是5～6A/mm^2呀？ 2. 次级20T*0.35*2P,RM-8绕线宽度为9mm，要看两层能否绕得下，是不是按0.45的线径来算的呀？每一层的两端要预留多少空间比较合适呢？ 3.辅助绕组你是怎么算到这样的：0.2*3P*12T的？ 1.是的，一般这么小的电流，次级按5～6A/mm^2做够了。2.两端留多少空间，一般直接用卡尺量骨架宽度是多少，然后三层绝缘线在加0.3MM的厚度，算一下多少匝是多宽，与骨架宽度对比一下就知道了，当然你要考虑做货要加套管，其实这个只要你不是很挤，没什么大影响，你自己在绕的时候看一下就知道了，初级一般留1T的空间就好了。3.辅助绕组计算公式：NF=NS*VCC+VF/VO+VF,=17*17/25=12T（肖特基我是按HER304的压降来算的），用3根绕是为了绕满一层。

對於第3點，計算輔助繞組線徑所用的電流你是怎麼計算出來的？

oyang314

LV.5

2013-12-19 10:17

@wcg13537439710

對於第3點，計算輔助繞組線徑所用的電流你是怎麼計算出來的？

辅助绕组的电流不是很小吗，我一般没算哈····

wcg13537439710

LV.4

2013-12-19 10:26

@oyang314

辅助绕组的电流不是很小吗，我一般没算哈····

哦，明白了！

我按之前算出來的結果再結合RM-8的骨架，發現確實是有點繞不下，請問你初級54匝是怎麼計算出來的，與我算出來的59匝，是哪兒有不同？請指教，謝謝！！

oyang314

LV.5

2013-12-19 10:35

@wcg13537439710

哦，明白了！我按之前算出來的結果再結合RM-8的骨架，發現確實是有點繞不下，請問你初級54匝是怎麼計算出來的，與我算出來的59匝，是哪兒有不同？請指教，謝謝！！

每个人算的取值都会不一样，我算的也不一定就行，你自己在看看，绕一个看看，看波形怎么样，效率怎么样，IPK与你算的相差多少，，24V1A，取80%的效率是低了，87%差不多。你至少也要达5级能效吧。

wcg13537439710

LV.4

2013-12-19 11:28

@oyang314

好的，我打樣回來調調看！

wcg13537439710

LV.4

2013-12-19 22:36

@oyang314

你好！我依据自己计算的结果整理了一份变压器打样资料，你帮我看看表述是否正确，有没有要修改的地方？

變壓器打样资料.pdf

其中变压器在原理图中的接线情况是这样的：第4脚接直流高压（HV），第7脚接MOS的D极，第6脚接整流二极管正极，整流后给IC的VCC供电，第12脚接输出整流二极管HER303正极。第9脚为初级地，第1脚为次级地。第7、6、12脚是同名端。

oyang314

LV.5

2013-12-21 08:53

@wcg13537439710

你好！我依据自己计算的结果整理了一份变压器打样资料，你帮我看看表述是否正确，有没有要修改的地方？變壓器打样资料.pdf其中变压器在原理图中的接线情况是这样的：第4脚接直流高压（HV），第7脚接MOS的D极，第6脚接整流二极管正极，整流后给IC的VCC供电，第12脚接输出整流二极管HER303正极。第9脚为初级地，第1脚为次级地。第7、6、12脚是同名端。

反馈匝数多了，VCC电压按15V左右算就够了，VCC电压算的太高，小心过压保护。