开关电源电路设计常用的11个公式
mouser 2021-10-19

MOSFET开关管工作的最大占空比Dmax

“”

式中:Vor为副边折射到原边的反射电压,当输入为AC 220V时反射电压为135V;VminDC为整流后的最低直流电压; VDS为MOSFET功率管导通时D与S极间电压,一般取10V。

变压器原边绕组电流峰值IPK为:

“”

式中:η为变压器的转换效率;Po为输出额定功率,单位为W。

变压器原边电感量LP

“”

式中:Ts为开关管的周期(s);LP单位为H。

变压器的气隙lg

“”

式中:Ae为磁芯的有效截面积(cm2);△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T);Lp单位取H,IPK单位取A,lg单位为mm。

变压器磁芯

反激式变换器功率通常较小,一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯,其功率容量AP

“”

式中:AQ为磁芯窗口面积,单位为cm2;Ae为磁芯的有效截面积,单位为cm2;Po是变压器的标称输出功率,单位为W;fs为开关管的开关频率;Bm为磁芯最大磁感应强度,单位为T;δ为线圈导线的电流密度,通常取200~300A/cm2,η是变压器的转换效率;Km为窗口填充系数,一般为0.2~0.4;KC为磁芯的填充系数,对于铁氧体为1.0。

根据求得的AP值选择余量稍大的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯,这样磁芯的窗口有效使用系数较高,同时可以减少漏感。

变压器原边匝数NP:

“”

式中:△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T),Ae单位为cm2,Ts单位为s。

变压器副边匝数Ns

“”

式中:VD为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。

功率开关管的选择

开关管的最小电压应力UDS

“”

一般选择DS间击穿电压应比式计算值稍大的MOSFET功率管。

绕组电阻值R:

“”

式中:MUT为平均每匝导线长度(cm); N为导线匝数;

为20℃时导线每cm的电阻值(μΩ)。

绕组铜耗PCU为:

“”

原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值R的公式求出,当求原边绕组铜耗时,电流用原边峰值电流IPK来计算;求副边绕组铜耗时,电流用输出电流Io来计算。

磁芯损耗

磁芯损耗取决于工作频率、工作磁感应强度、电路工作状态和所选用的磁芯材料的性能。对于双极性开关变压器,磁芯损耗PC:

“”

式中:Pb为在工作频率、工作磁感应强度下单位质量的磁芯损耗(W/kg);Gc为磁芯质量(Kg)。

对于单极性开关变压器,由于磁芯工作于磁滞回线的半区,所以磁芯损耗约为双极性开关变压器的一半。变压器总损耗为总铜耗与磁芯损耗之和。 

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