加载中…反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
(2011-11-23 14:51:57)
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变压器电流输入电压匝数线圈it |
分类： 技术 |
| 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中,
反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM)
反激变压器的设计.二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 1).反激式变换器的电路结构如图一. http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578441.jpgConverter)的工作原理" /> 2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b). http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578442.jpgConverter)的工作原理" /> http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578443.jpgConverter)的工作原理" /> Vdc=Lp*dip/dt 此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw. 3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b). http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578444.jpgConverter)的工作原理" /> 由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM). 三.CCM模式下反激变压器设计的步骤 1. 确定电源规格.
取:工作频率fosc=100KHz, 最大占空比Dmax=0.45. T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5us Toff=10-4.5=5.5us. 3. 计算变压器初与次级匝数比n(Np/Ns=n). 最低输入电压Vin(min)=85*√2-20=100Vdc(取低频纹波为20V). n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.64 4. 变压器初级峰值电流的计算. 设+5V输出电流的过流点为120%;+5v和+12v整流二极管的正向压降均为1.0V. +5V输出功率Pout1=(V01+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W +12V输出功率Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W 变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W 如图四, 设Ip2=k*Ip1, 1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/ŋ Ip1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax] Ip2=0.4*Ip1=1.20A http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578446.jpgConverter)的工作原理" /> 5. 变压器初级电感量的计算. =100*4.5/[3.00-1.20] =250uH 6.变压器铁芯的选择. Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85W Ko(窗口的铜填充系数)=0.4 Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体), 变压器磁通密度Bm=1500 Gs j(电流密度): j=5A/mm2; Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90] =0.157cm4 考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表: EER2834S铁氧体磁芯的有效截面积Ae=0.854cm2 它的窗口面积Aw=148mm2=1.48cm2 EER2834S的功率容量乘积为 Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm4 >0.157cm4 故选择EER2834S铁氧体磁芯. 7.变压器初级匝数及气隙长度的计算. 1).由Np=Lp*(Ip1-Ip2)/[Ae*Bm],得: Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12 由Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,得: 气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp =4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH) =0.556mm 2). 当+5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax. Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np] 因此变压器磁芯选择通过. 8. 变压器次级匝数的计算. Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 故初次级实际匝比:n=36/3=12 9.重新核算占空比Dmax和Dmin. 1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc. 由Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,得: Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)] =6*12/[6*12+100]=0.418 2).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc. Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)] 10. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms). 1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K值.(如图五) http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578447.jpgConverter)的工作原理" /> 设Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W 1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+ Vin(min)* Ton(max)/Lp} =2.78A K=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40 Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A 2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2 11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算: 1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形如下(图一): http://www.picavr.com/upload/2009_08/090825182578448.jpgConverter)的工作原理" /> 1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02 Ls1*[Is2p –Is2b]/toff=V02+Vf Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 由(3)(4)(5)式得: Is2p=1/2*{2*I02/[1-D]+[V02+Vf]*[1-D]*T*Np2/[Ns22*Lp]} =0.5*{2*1/[1-0.418]+[12+1]*[1-0.418]*10*362/[72*250]} =5.72A Is2b =I01/[1-D]-1/2*[V01+Vf]*[1-D]*Np2/[Ns22*Lp] 因此假设不成立.则+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形如上(图七). 令+12V整流管导通时间为t’. 将Is2b=0代入(3)(4)(5)式得: 1/2*Is2p*t’/T=I02 Ls1*Is2p/t’=V02+Vf Ls2/Lp=(Ns2/Np)2 由(6)(7)(8)式得: Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2 ={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2 =5.24A t’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us 2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流: Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p |
