对绕组匝数的计算。在计算出磁芯后,。我们知道根据一次侧的绕组匝数可以通过变压器变比来计算出二次侧匝数,那么我们主要就是计算一次侧的匝数。对于单端反激式和正激式变换器,通常在输入最小电压(UImax)时具有最大占
K ?D, 空比(Dmax)。考虑到一次侧电压波形可以近似为矩形波,, f?1D1Kf所以
U1D?104 NP? (3-15)
BMKRPf在为确定Dmax之前,可先按照0.5来计算。我们在这里计算的NP值是满足电磁感应定律的最小值,实际选用的时候可以稍微大些。IP?2.25A,将值带入可得初级线圈的IRMS的MAX为1.082A。
在这里计算的时候根据公式......。UImin=117V,Dmax=0.5,BM=0.25,
KRP=0.7,f=100kHz。带入计算得出NP=47.27匝?47匝。G根据式子得出 d?0.58mm,电流密度取4A/mm2,参照查表选用6股?0.50mm漆包线并绕成。
在选择二次绕组匝数的时候,需要考虑感应电压UOR(也称为二次侧的反射电压)和功率开关管(MOSFET)能承受的最大漏极电压。输入的直流电压和感应电压以及高频变压器所产生的尖峰电压加起来就是最大漏极电压。这里UOR与一次绕组匝数(NP)。次级NS和输出UO之间的关系如下 UOR?NP(UO?UF1) (3-16) NS反激式开关电源当中,UOR是固定不变的,通常时候我们取UOR=85~165V之间,典型的取值是135V。这里的UO相对比较高,那么我们将其忽略不计。
我们由上面得到的参数来计算NS NS?NP(UO?UF1) (3-17) UOR因为UOR=135V,UF1通常忽略不计那么我们计算。因为是双路输出电源,那么分别算出15V,1A的为5.2匝?6匝,另一路5V,3A的算出为1.74匝?2匝。后面我们将计算二次侧电流的有效值,ISRMS1、ISRMS2来表示。
下面是导线直径的计算。导线直径的选取与六国导线的电流有效值和允许电流密度有关。在漆包线的选择时,其截面积Sd和d的关系为
Sd??4 d2 (3-18)
导线截面积S和电流密度J与电力有效值IRMS的关系为
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IRMS=SJ (3-19) 由此可得导线直径d的计算公式 d?4IRMS (3-20) ?J高频变压器绕组的IRMS与最大占空比Dmax和脉动系数KRP有关(在反激式开关电源当中)。初级侧IRMS的计算公式为
IRMS?IP式中:IP为一次侧峰值电流。
次级侧峰值电流ISP与IP、IP和Np的关系为 ISP?IP?计算次级侧电流(ISRMS)的公式为 ISRMS?ISP3KRP (1?Dmax)(?KRP?1) (3-23)
32KRP DMAX(?KRP?1) (3-21)
3NP
(3-22) NS
把前面算到的数值带入上式得到ISP1?17.625A、ISP2?52.875A。二次侧电流的有效值为ISRMS1?8.483A、ISRMS2?25.449A。得出次级侧线圈的直径为
'd1'?1.643mm、d2?2.846mm。应为在这里使用直径这么大的导线对安装、制作
变压器比较不变,我们根据查表,选择?0.45mm的漆包线8股并绕。
气隙的作用是防止高频变压器磁饱和,可以提高效率,那我们开始计算气隙密度。当气隙宽度较小的时候,变压器绕组的电感量与绕组匝数、磁芯截面积及气隙宽度之间有关系式
L?N2?OAe? (3-24)
式中:?o为真空中的磁导率,数值为4??10?7WB/(A?m)。通过变压器源极线圈的N,L,则变压器磁芯气隙的计算公式为
20.4?NPAe?10?2 ??(3-25) LP式中:?的单位是cm;Ae的单位为cm2;LP的单位为?H。计算结果为
??0.062cm。
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检验最大磁通密度BM。这里令IP?ILIMIT?2.25A,将LP、NP和Ae值代入下式
BM?IPLP?10?2=0.2134T (3-26) NPAe计算结果BM值在0.2~0.3T之间,设计合格。
3.7反馈电路的原理及结构
光耦合器(Optical Coupler)我们通常叫做光电耦合器,简单的说叫做光耦。它的基本原理是将采集到的光作为信号,通过发光二极管和采集器构成的系统,根据前端输入的电压,传输到发光二极管这里,使发光二极管发光,被采集器接收,采集器将光信号通过内部结构转化为电信号反馈给TOP芯片,实现光电转化及反馈。
光耦合器有三类,分别是高速、通用和达林顿。其中高速型的功能较为突出,具有快速、输出线性好等特点。达林顿型的速度较低,但电流传输比较高。通用型的特点为电流传输比较低,速度较慢。由光集成电路构成的光耦合器属于高速光耦,电流传输比较光纤型光耦合器能够耐高压,其绝缘1电压值超过100KV。
我们这里选择光耦合因为它具有传输效率高,寿命长,距离远,抗干扰.......最突出的优点就是它单向传输信号,真正的实现了电气隔离。
电流传输比对于光耦合器是十分重要的,它的公式就为直流输入除以直流输出并且乘以百分之百,这是一个普通的计算公式。有公式
CTR=
IC×100% (3-27) IF光耦合器的选择一般用的是Linear光耦合器,它的优点就在于可在一点范围内Linear调整CTR的值。因为反馈电压稍比12V大就好,那么反馈绕组的电流必然不大,那么我们考虑之后查表选择0.25mm的四匝漆包线。
介绍了光耦合器,下面我们再介绍一下稳压器,这里我们选择可调式精密并联稳压器,这种稳压器它是一类可调基准电压源通过输出电流,它性能良好广泛用于电源当中,很多时候也用在反馈电路当中配合光耦合器使用。
这里我们选择TL431型可调式精密并联稳压器,它是某公司和美国一家公司生产的稳压器输出可调的范围在2.6-35V之间并且连续。下图3-3为TL431
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的实物图与原理图,其中A为阳极,此极接地。K端口为阴极,它会在连接正电源之间加上一个电阻限流,外面接上电阻分压,也可以设置输出电压。NC为空脚。TL431的原理图可以查看图C,它由四部分组成,误差放大器A,内部电源的基准电压,NPN型的晶体管VT和外围电路的保护二极管VD。这四部分组成了TL431,做保护用途。
TL431K1A2567UUTL431UREFREFAVTVDAArefA3NC48NCA(a)(b)(c)
图3-3 TL431类型图
下面图3-4是接线图,右为具体的原理及如何搭配电阻R1、R2,输出电压由这几个电阻配合实现。有公式
UO?UKA?UREF(1?R1R(3-28) )?2.50V?(1?1)
R2R2R3UREFRAKUKTL431AUREF1IR2(a)(b)
图3-4 TL431原理图
图中的R3起到限流的作用,取R3的原则是当输入电压为U1时,当IKA在合适的范围,才能使得稳压器正常工作。TL431的原理如下:如果UO增大时,取样UREF也随之增大,使得UREF>Uref,这时我们来观察比较器,它会输出一个高
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电平,使得VT通路,UO减小。若UO减小,则情况相反,最终增大,保持在一个值左右,趋于稳定。
3.8磁珠
磁珠的主要类型有3种:管状、片状和排状。现在使用的管状磁珠主要类
型有?2.5?3(mm)、?2.5?8(mm)、?3?5(mm)、?3.5?7.6(mm)等多种规格。磁珠的原理可以用电感L和电阻R来代替,实物是外形管状,中间穿过导线。R为
2损耗电阻,XL为感抗。其中,XL=2?fL,Z=R2?XL。我们在这里查表选择
HT-A62型号的磁珠。
开关电源的开关频率在几百赫兹至几兆赫兹,这么高的开关频率电流的变化与噪声、干扰是很大的,这对于整个电路和输出波形是很不理想的,所以我们要串联磁珠来消除这些影响。起到保护电路的作用。磁珠的实物如图3-5示。
图3-5 磁珠
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