开关电源技术与设计揭秘变压器设计与参数解析

在探索开关电源技术与设计的奥秘中,我们深入了解了变压器这一关键组成部分。这种电源,通过精确控制开关管的开通与关闭时间比率,实现稳定的输出电压。它由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成,而线性电源相比之下,其成本随着输出功率的增加而增长,但两者的增长速率各异。

变压器开关电源变压器的引入,无疑为我们提供了一种高效的解决方案,让我们的电子设备能够安全、正常地运行。在设计上,我们必须考虑到漏磁量,以减少绕组漏感。此外,结构应便于绕线和引出线,使安装、维修和生产过程都更加便捷。充分规划以保证良好的散热条件也是至关重要的一环。

在材料选择方面,特别是磁心选用,是设计成功所不可或缺的一环。根据不同的应用需求,我们可以选择适当的材料。在众多使用场景中,最常见的是锰锌铁氧化磁心,它们因其低成本、高适应性以及优越的高频性能而广泛应用于电源输入滤波器等领域。

确定芯片工作频率为70KHz,这个值可以通过外部RC网络来调整,并且这个频率等同于开关频率。此外,还可以配置外部同步功能,这对于更精细地控制开关电流至关重要。这一特性与UC384X系列芯片具有类似的功能,而变压器磁芯通常采用EER28/28L型号,AC2DC转换器通常建议工作频率不超过100kHz,以保持系统稳定性并降低EMC问题。此外,在实际操作中,我们还需要考虑到di/dt和dv/dt对系统稳定性的影响,以及PI132kHz这样的例子作为参考。

对于磁芯的选择,不仅要考虑到开关频率和功耗,还需依赖经验判断。而计算时,我们需要收集更多关于磁材、居里温度及频响特性的数据,这些都是长期积累才能掌握的事情。在20W至40W范围内,如EE25, EER25, EER28, EFD25, EFD30等均可作为参考。

接下来,将计算得到的变压器参数进行整合,即导通时间Ton周期时间T = Ton + Toff = 1/Fsw;Ton = T * Dmax / Fsw,其中Dmax已知为0.45,然后得出Ton=6.43us。接着计算初级匝数Np = Vin(min) * Ton / (ΔB × Ae),其中Vin(min)=120Vdc,ΔB×Ae=0.2*82mm²,则得Np=47T(这里要注意取整)。

最后,对12V主输出进行匝数计算:Vo=12 Vdc+0.7Vdc+0.5Vdc/K(原边匝伏比),即Ns=(Vo + Vd + Vs) / K,其中K=Vi_min/Np=120 Vdc/47T≈2.55,因此Ns≈6T(已取整)。同样,对辅助绕组(aux turning)也进行了相同计算,只是副边反馈需低于14.5 Vdc,所以选取12 Vdc作为辅助电压;Na ≈ 6T。

经过这些步骤,我们基本上已经获得了变压器主要参数:原边绕组47T,原边电感量约为0.77mH,每次漏感小于5%×0.77mH ≈39uH;12V输出有6T辅助绕组也有6T。现在,只需提出其他要求,如线径、股数、脚位及耐温等安规标准,就可以向制造商提交订单打样了。而气隙计算以及Dmax验证则属于教科书式指南,不必死板守格,可以灵活运用自己的经验来指导实践过程。

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