在电子专业里,经常能看到变压器的身影,变压器是一种供电所常用的机器,它的主要作用是改变电压。变压器的工作原理其实很简单,就是通过电磁感应让交流电的电压发生改变。其主要构件包括初级线圈、次级线圈、铁芯。其实变压器的作用不只是改变电压那么简单,它的作用还包括电压变换电流变化等。
1、确定系统规格
最小AC输入电压:VACMIN,单位:伏特。
最大AC输入电压:VACMAX,单位:伏特。
输入电压频率:fL,50Hz或者60Hz。
输出电压:VO,单位:伏特。
最大负载电流:IO,单位:安培。
输出功率:PO,单位:瓦特。
电源效率:η,如无数据可供参考,则对于低电压输出(低于6V)应用和高电压输出应用,应分别将η设定为0.75~0.79和0.8~0.89。
计算最大输入功率:PIN,单位:瓦特。
最小直流输入电压VMIN
fL为输入交流电压频率(50Hz/60Hz);
tC为桥式整流大额导通时间,如无数据可供参考,则取3ms;
所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。
最大直流输入电压VMAX
图2.2 电流波形与工作模式
当KP≤1,连续模式,如图2.2a;
其中:IR为初级纹波电流,IP为初级峰值电流。
当KP≥1,非连续模式,如图2.2b;
4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX
反射电压VOR设定在80V~110V。
连续模式时计算DMAX:
5、用产品手册选择磁芯材料,确定ΔB大小
选择有磁芯材料应该考虑高Bs,低损耗及高ui 材料,还要结合成本考量;见意选项用PC40以上的材质。为了防止出现瞬态饱和效应以低ΔB设计:
6、确定合适的磁芯
实际上,磁芯的初始选择肯定是很粗略的,因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商提供的磁芯选择指南。如果没有可参考资料,可采用下面作为参考。
图2.3:磁芯窗口面积和截面积
7、估算DCM/CCM临界电流IOB9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB:
13、确定原边最小NP匝数与副边NS匝数:
14、次级绕组和辅助绕组
初级绕组与次级绕组匝数比:
然后确定正确的NS,使得最终的NP不得小于NP,MIN。有的时候最终的NP比NP,MIN大得多,这就需要更换一个大的磁芯,或者在无法更换磁芯时,则通过增加KP值来减小LP,这样,最终的初级侧匝数也会减小。
辅助绕组匝数
考虑到系统在满载和空载转变瞬间,由于能量瞬间导致VDD下冲误触发UVLO,在系统允许的输入电压范围内且输出为空载时,建议VDD 按13V来计算。
确定磁芯气隙长度:
通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值,因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的Lg值,请咨询变压器供应商以获得指导。
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
当导线很长时(>1m),电流密度可以取5A/mm2。当导线较短且匝数较少时,6~10A/mm2的电流密度也是可取的。应避免使用直径大于1mm的导线,防止产生严重的涡流损耗并使绕线更加容易。对于大电流输出,最好采用多股细线并绕的方式绕制,减小集肤效应的影响。
检查一下磁芯的绕组窗口面积是否足以容纳导线。所需的窗口面积由以下公式给出: