開關(guān)電源設(shè)計—變壓器流程

本系列文章從理論基礎(chǔ)開始，由經(jīng)驗豐富的前工程師為大家講解關(guān)于開關(guān)電源的設(shè)計，并對其中難點進(jìn)行講解，這個系列當(dāng)中幾乎包含了所有的常見拓?fù)潆娐?，并且為采用自學(xué)方式的工程師量身打造，希望能夠幫助大家走出迷茫，盡快邁上正軌。

　　計算初級電感量

　　K值就是上面說的電流連續(xù)比上面計算書定義的Ip2是電流上升前沿Ip1是電流上升后沿。所以當(dāng)K=0的時候變壓器是工作在臨界模式以下的為防止計算出錯一般習(xí)慣取0.001.

　　斷續(xù)模式Ip就是ΔI；

　　得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得：

　　Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI

　　這時候就得到了變壓器初級所需要的電感量?！　∵x擇合適的磁芯計算匝數(shù)

　　關(guān)于磁芯的選擇網(wǎng)上有關(guān)于Ap法的很多計算公式。其實在做項目的時候根本沒用過一次Ap法。對于公司已有的相同功率等級的型號，可以直接參照別的型號的磁芯作為初始設(shè)計出發(fā)點。

　　要是線繞不下，就抬高工作頻率，骨架太空了，就選小一號的，一般經(jīng)過幾次迭代或者實驗就出來了。對于完全全新的型號，是根據(jù)經(jīng)驗估算一個初始點，然后經(jīng)過反復(fù)迭代得出結(jié)果的。其實對于一般的功率等級，向反激式這種拓?fù)洌啻蠊β视枚啻蟠判?，?jīng)驗豐富一點的工程師都知道，可以向他們請教。

　　選定了磁芯后，根據(jù)規(guī)格書得到對應(yīng)的Ae值，然后就可以進(jìn)行匝數(shù)計算。

　　由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB

　　對于斷續(xù)模式ΔB=Bmax,

　　對于連續(xù)模式

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　因為連續(xù)模式電流有一部分直流分量，對應(yīng)Bmax也有一部分直流勵磁。這個一定注意，連續(xù)模式要是直接用Bmax來計算匝數(shù)匝數(shù)就會算少所以很容易就會飽和了。

　　有關(guān)Bmax的取值，對于常見的PC40/PC44材料，保證在最惡劣工作狀態(tài)下，不要超過0.38。計算的時候，一般選取0.28-0.32之間，假如在極限條件下抓到飽和波形，可以抬高一點頻率。

　　上面公式是計算斷續(xù)模式匝數(shù)的。

　　ΔB=Bmax，

　　對于連續(xù)模式，上面式子一定要修改為：

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　要不然計算出的匝數(shù)偏小，動態(tài)情況下很容易就飽和了。

　　計算氣隙長度

　　公式推導(dǎo)比較簡單的，具體的可以自行百度。安培環(huán)路定則還有做電源的倆最基本的公式消元法就OK了。

　　上面做了近似，近似所有的磁場能量都儲存在氣隙里面，因為磁芯的磁導(dǎo)率很高，氣隙的磁場強(qiáng)度是磁芯的幾時到幾百倍，所以，近似磁芯為磁路短路，磁回路長度近似為氣隙長度。　　計算次級匝數(shù)

　　注意合理匝數(shù)取整。這個結(jié)合自己項目實際情況，取整后，變比會有所變化，Dmax也會有所變化，所以需要用取整后的參數(shù)進(jìn)行核算Bmax。

　　對取整以后的變壓器參數(shù)進(jìn)行反向核算

　　因為對變壓器進(jìn)行了匝數(shù)取整變比也就成了一個確定值。Vinmin已知，變比n已知。

　　上面的公式我不推導(dǎo)了還是利用伏秒積平衡原理。

　　變壓器初級電流我們在確定初級電感量的時候，是使用平均值反推出峰值，但是，由于變壓器繞組主要損耗是線電阻損耗，電流在電阻負(fù)載上的功耗計算，需要有效值電流。反激式工作電流波有兩種狀態(tài)，斷續(xù)模式與連續(xù)模式。

　　兩種波形有各自的有效值電流計算公式

　　我只是很久以前推到過趙修科老師書上有自己可以去參考一下

　　上圖是斷續(xù)模式的計算公式

　　計算次級電流有效值

　　反激式初級次級工作電流是對應(yīng)的，初級連續(xù)，次級也是連續(xù)，初級斷續(xù)，次級也是斷續(xù)的，因為初次級共用的是同一個磁芯。

　　上面是次級電流有效值的計算，斷續(xù)模式的，并且加入了次級電流連續(xù)或者斷續(xù)的判斷，(判斷這一步其實沒有必要，因為變壓器初級連續(xù)，次級也連續(xù)，初級斷續(xù)，次級也斷續(xù)。)

　　計算線徑

　　電流密度呢，一般都選取6A/mm^2。

　　一定要注意趨膚效應(yīng)，最小占空比越小，頻率越高，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重。特別是前級帶有PFC的反激式電源。因為考慮到成本，盡量使用600V的Mos管，所以占空比非常小，也就0.15左右，這時候，變壓器初級一定要使用多股線，用單根線的話，需要取更小的電流密度。

　　對于一定的電流，需要的導(dǎo)線截面積是一定的，在實際選取線徑的時候，要結(jié)合實際所選的骨架幾何尺寸，做合適的組合，盡量不要散繞，對于某一層繞組，單根線太散的話，可以選取兩根或者幾根細(xì)線進(jìn)行并饒，只要繞組的總截面積在計算值左右就好。

　　至此，與反激式變壓器相關(guān)的設(shè)計流程也就講解完畢了。