W交流適配器高頻開關變壓器的設計及軟件

單輸功流配高開變器設及件--------------------------------------------------------------------------------言AC/DC適器高頻電子變壓器的設計有很多制約件，比如空間體積、熱的問題、轉換器的效率、電磁干擾PWM控制IC、性價比等。所以磁心選用受到一定的限制，不像一般資料中介紹的滿足功率容量即可擇的余地不大以文不講解具體的磁心選擇，僅利用計算軟件對磁心的功率容量進行校驗。目前與和LCD配的中高檔作頻率在左。變壓器的繞組已用上了重絕緣線，再要做小變壓器已經(jīng)有難度我知小型化開關變壓器有兩種方法一提開關頻率帶的問題是對EMI的制一定難度二選用更高飽和磁通密度的磁心材料，如TDK公的和見（果在100℃能到，那么我們在設計開關變壓器時就能使用更少的圈數(shù)少銅損同又能提高初級繞組的電感量低值電流，減少開關管的能量損耗，從而減少開關變壓器的體積，進一步地實現(xiàn)ADAPTER的小型化。因為技術難度和材料成本等因素的制約前沒有看到這些新材料大量地使用些高檔的ADAPTER常選用RMPQ型磁心，這主要罐(POT型磁心比EEER型磁心有更好的磁屏蔽優(yōu)點，能減少EMI的播，然而繞線和出線等加工工藝比較困難，而這些中高檔ADAPTER大分是單路輸出所以本文講述ADAPTER開變壓器的磁心大部分是選用罐型磁心的變形、RM等中的方案。它們在相同的輸出功率下，比、型心體積要小，溫升要低，而且EMI也、型心好，磁心加工要困難些，當然它們的價格相對要高些。具體應根據(jù)整體方案的空間、成本等而定。近幾年移動消費電子產(chǎn)品的需求量在不斷地增長，刺激了AC/DCADAPTER的產(chǎn)量。由于體積、重量、效、待機功耗等因數(shù)ADAPTER有代傳統(tǒng)工頻ADAPTER趨勢（本文講的是ADAPTE年與彩色噴墨打印機配套電源是笨重的工頻ADAPTER在已換成了內(nèi)置的開關電源筆者早先是從事變壓器設備行業(yè)的知道的變壓器廠商有百家多先生產(chǎn)變壓器的企業(yè)近年來也紛紛投入人力和物力進軍開關電源市場劇該市場的競爭前講解反激式高頻電子變壓器設計的文章和書籍也變多了許例題是別人資料上抄過來的好應注明使用的場合使用的條件和參考文獻以讀者校對如不清楚使用場合和使用條件最不要引用即一定要引用最好能自己動手做幾個試一下然往往會給讀者誤導特別是初學者會無所適從本就沒完全理解清楚看幾份資料后更是一臉茫然以筆者感到應該對相關資料作點整理。本文試圖闡述清楚設計20~75W反式AC/DCADAPTER開變壓器的幾個重要參數(shù)：、Bmax、B、ΔI、IpDmax等為以轉換器需要帶PFC它的設計參數(shù)如：和Dmax會所同。這些會在另一篇文章75~150WoutputtransformerforflybackAC/DCadapterdesign中解）本文不是講解高頻變壓器設計的詳細步驟如心如何選擇初次級繞組的線徑確定因為大量重復計算和校驗工作可以由計算軟件完成它的方面如趨膚效應鄰近效應線圈繞組的分布和繞法等可參考其它文獻。/

激式轉換器的工作原理由圖（1）我們知道輸出功率小于150W的一優(yōu)先采用反激式電路。這是因為反激式電路的線路結構相對簡(見圖，而且元件成本較低。調試時沒有困攏人的儲能電感，開發(fā)周期相對要短等優(yōu)點。開關管導通時變壓器初級繞N1中漸地會有電流流過并將能量存儲在變壓器由于反激式轉換器初級與次級繞組的極性相反出級管D反偏置，次級繞組中有電流，此時沒有能量轉移到負載；當開關管截止時，繞組的極性反向，如圖（2所示，次級二級管正向導通，對輸出電容充電，變壓器輸出能量，也就是說反激式轉換器中的變壓器相當于一個電感存儲能量再放能量。磁通不能為負，屬單端反激。所謂單端反激是指變壓器磁心內(nèi)的磁通僅工作在第一像限。見圖(3)和圖4)。和磁通密度Bsat，最大磁通密度Bmax，磁通密度的擺幅ΔB的擇很少有資料比較系統(tǒng)的講解飽和磁通密度、大磁通密度Bmax、磁通密度的擺幅B的的關系和在設計中應如何選擇這些參數(shù)，下面作詳細的講解。由（3）和圖可知無論是連續(xù)模式還是非連續(xù)模式只要滿足條件Bmax，磁心就不會飽和。然而有幾點需要我們注意隨溫度的升高、Br的會變小，見圖（5）和圖（在電源啟動時前幾個周期占空比會超過我們設計的，用示波器可以捕捉到瞬間的峰值電流會超過設計計算的峰值電流；(3)載有時會過載，在ADAPTER過載保護動作之前總的輸出功率會上升，這時的也會超過設計計算的峰值電流。如果我們設計的沒余量，即使幾個周期足以壞開關管。AC/DCADAPTER中關變壓器常用的料如TDK公司的和PC44或同品如公的PL-7和，公司的BM4性也相當。面以PC40為說ΔB的值。圖）是幾種常用的磁心材料在條下磁心的損耗與磁心溫度關系圖。由圖（5）和圖6可知對于工作頻率在60KHz~100KHz的ADAPTER,把磁心的工作溫度設計在90℃℃右比較合理，這時的磁心損耗最低。以PC40為例在℃時為為。Bmax=Bsat-Br=345mT比較差的情況磁心溫度上升到120℃時Bsat350mT,Br為50mTBmax=Bsat-Br=300mT同樣對PC44磁材料的磁心工作在100時Bmax為Bmax=Bsat-Br=390mT-60mT=330mTMB4磁心材料的心工作在℃時Bmax為Bsat-Br=400mT-54mT=346mT當然反激式開關變壓器的磁心會開氣隙的Br會小Bmax的值可大些也就是說對上述的三種材料的磁心Bmax不過300mT心不會飽和慮到開機啟動和過載，建議對的磁心材料工作最高溫度℃左右Bmax取。樣既充分利用了磁心又保證磁心不工作在飽和區(qū)計變壓器時應該考慮使用場合器散熱條件、工作條件然可靠的方法是用示波器捕捉一下最壞情況下的Ip,再根據(jù)飽和磁通限制公式××Ae)和鐵損限制公式ΔB=(LpΔI)/(Np×行飽和磁通密度和/

擺動磁通密度校驗一下。頻開關變壓器設計舉例例1：輸入輸出：開關頻率：60KHz開關MOSFET的壓：。輸出整流SCHOTTKY的壓100V.使用場合：PC超波用于LCD。變壓器散熱條件：由于高度和空間的限制，變壓器無外部散熱零件。工作條件：要求能滿載連續(xù)工作。磁心：RM10PC40Aw=69.5mm2link：68uF/400V整機要求效率，低端90V/AC)：；最高效率點效率。第一步確最大占空比Dmax。占空比是電源經(jīng)管IC根負載的大小，輸入電壓的不同為保證輸出電壓的穩(wěn)定而進行自動調整。事實上只要初次級繞組的圈比和圖10）兩的直流漣波電壓，就可比較準確的求出不同輸入電壓滿載情況下的占空比。由圖（9）可知開關MOSFET的定耐壓=inductance+Vmargin根據(jù)相關資料有Vsnubber≈1.5VORVDCMAX=VDCMIN=VACMIN×1.414-VDClink見表）VOR=N×(Vout+Vf)Vf為出流SCHOTTKY的壓降。由感引起尖峰電壓變壓器的繞組的圈數(shù)比組的繞法有關。一般需要控制漏感，但如果是諧振的轉換器這時需要較大的漏感。要注意！開關MOSFET的額定耐壓=×1.414+2.1×N×(Vout+Vf)+Vstaryinductance+Vmargin××N(Vout+Vf)+＜(Vmosrating:MOSFET額耐)264××＜373+26.25N+50＜600輸出整流的=(VDCMAX+Vstaryinductance)/N+Vout+Vmargin(373+50)/N+Vout＜100由可Np/Ns=6/1和SCHOTTKY兩的電壓均在額定值內(nèi)且有設計余量，可行。Dmax=(Vout+Vf)/(Vout+Vf+Vmin/N)=0.4538Dmax取0.45由上可知單端反激式轉換器的最大占空比并不像有些文章或書上介紹的那樣取或0.5。因為如果先定了占空比計出的開關管和整流管的耐壓值可能需要很高樣不僅會影響材料成本而且對轉換器的效率也會有影響的數(shù)可能會不利于線圈在變壓器骨架上的分布因它影響到變器的漏感雜散電容等，需要綜合考慮加以平衡。這就是/

較大功率如90W最大占空比為什么只百分之三十多的原因。如果運用計算軟件和動手繞制結合就能得到平衡的值。大量的實驗表明，為了平衡高低端的轉換效率，功率不大的轉換器往往是在整個輸入電壓范圍內(nèi)ADAPTER是連續(xù)模式和非連續(xù)式同時存在，低端連續(xù)模式，高端非連續(xù)模式。像例1就是這樣。對于整個輸入電壓范圍內(nèi)連續(xù)模式和非連續(xù)模式同時存在的轉換器換效率點通常在連續(xù)模式向非連續(xù)模式轉換點處。這很容易用示波器捕捉到，如圖多本文章介紹反激式高頻電子變壓器的設計公式是以臨界推導的，低端臨界，占空比Dmax。有些公式甚至連轉換器的效率都沒考慮到。實際的轉換器在低端如90V/AC輸時往往不是臨界是計成連續(xù)模式這就為什么經(jīng)常感到按資料上介紹的公式計算出的結果和實際相差很大的原因。第2步：選取KRP值設KRP=IR/IP那么應取多少?有些資料根本就不講，或有些資料給個經(jīng)驗值，或給出一個范圍，如參考文獻2中轉器KRP范是0.4~1.0事實上KRP取不同值計算的結果相差很大。根據(jù)筆者的經(jīng)驗19V的AC/DCADAPTERNOTEBOOK）即使在低端也是工作在不連續(xù)模式即K，率不大，輸出16V的ADAPTER由于是使用在音響設備上，有時瞬間的電流會超過額定電流的幾倍，為防止磁心在瞬間飽和和ΔB的取得比平常時低得多，這些都需要一定的經(jīng)驗積累，下面的幾個例題中會作分析。那么取值沒有依據(jù)呢？AC/DCADAPTER一都有殼體，小部分是用螺釘緊固，大部分使用超聲波焊接。變壓器對整個轉換器的主要影響是溫升、效率和。圖（20）可直觀的看出在相同的開關頻下磁通密度的擺幅ΔB越，磁心損耗越大。所以我們可以利用磁心的溫升來限ΔB的值。由于變壓器沒外部散熱零件使變壓器的鐵損合理求把變壓器的滿載工作溫度控制在90~100℃左右。根據(jù)經(jīng)驗等同于℃環(huán)境溫度下溫升℃，根據(jù)圖19可知整個變壓器的鐵損為1W。假定銅損與鐵損相當，變壓器的轉換效率×1)/(12，行。單位體積的鐵損為:1W/Ve=(1/4310)×1000000=232kW/m3為心RM10有體積根據(jù)圖（20）可知ΔB約取。據(jù)前面講的取280mT。由圖（3）和圖）可知KRP==200/280=0.714第3步：計算Ip（η×Vmin）link)]=40.1/[0.84×(127.26-37)]KRP)×Dmax]=1.82A第4步：確定初級繞組的電感量Lp=Po/[(Ip×Ip×KRP(1-η]=40.1/[(1.82×1.82×0.714(1-0.5×0.714)×60×η]≈0.522mH=522uH/

第5步：計算初級繞組的圈數(shù)≈根據(jù)骨架和繞線的分布取，二層，各，采用明治繞法，次級繞組放在中間，以減少漏感。第6步：計算次級繞組的圈數(shù)第7步：校驗飽和磁通密度：Np)=(522×1.82)/(98×36)≈0.27T=270mT校驗，見表（頻開關變壓器計算軟件開發(fā)變壓器設計軟件的主要目的是為了減輕大量繁瑣的重復計算是有了設計軟件就一定會設計出最優(yōu)的變壓器因為不僅要考慮到變壓器的性能格同樣是一個杠桿設出的變壓器的性能再優(yōu)價格不合一是失敗的設計現(xiàn)在市場上的開關電源變壓器設計軟件很多別是一些大的電源管IC計公司ONPOWER、FAIRCHILD等他們都有自己的一套設計軟件。各家公司的軟件往往都具有自己鮮明的特點，更適合它們自己的電源經(jīng)管IC。特別是他們自動計算出的變壓器與實際的往往相差很遠寫件工程師更適合公式的計算和優(yōu)化們際動手實驗的較少，這一點我們可以從各公司提供的開關電源DEMO板出，僅僅是能工作而已，成為一個在市場上有競爭力的產(chǎn)品還有大量的工作要做可開始對這些軟件滿懷希望最終失望的電源工程師們身上體會到實際設計過程中使用這些軟件的并不多頻關變壓器的設計是反激式ADAPTER計的一個重點，因為它直接關系到整個轉換器的效率、溫升和EMI，必要設計一套行之有效的設計軟件。如果是自己使用，只要把各計算函數(shù)和校驗公式輸入電腦，為防止函數(shù)被修改，需要對這些函數(shù)加密，像表）即可。如果你要作為商品就要對界面作些人性化處理用范圍不要設計得太廣軟件最好有人為干預，因為高頻電子變壓器設計涉及的參數(shù)太多，有許多特殊性，而且像磁心參數(shù)、Aw不廠家的還有所不同Dmax和比N還因為在變壓器設計過程中需要設計者根據(jù)需要對材料成本、溫升、EMI和效率之間作折中，因此不要用自動計算，這樣軟件才會更實用，幾分鐘即可得到例結果。例2：輸入輸出：16V開關頻率：70KHz使用場合：PC超波用于音響設備。變壓器散熱條件：變壓器加很簿的鋁片散熱。工作條件：要求正常工作是短間能承受16V/4A出。磁心：RM10PC40Aw=69.5mm2link82uF/400V要求效率低90V/AC),83%；最高效率效率。這時的B的值就有很大的不同再通用的設計方法時快就會損壞開關管，/

使整個轉換器失效。所以一定要注意使用的場合。也就是說在4A時最。由于是短時間要求輸出4A,據(jù)的心材料Bmax可取280mT,正工作時等于280/4×，為了充分利用磁心ΔB=Bmax175mT。且有鋁散熱，設計安全可行算）論筆者力求使