設計絕緣型返馳式轉換器電路:設計變壓器(算出數值)

返馳式轉換器設計必要的變壓器時,從依據電源規格,算出設計變壓器上必要的數值開始。基本上利用各自的公式進行計算。設計變壓器相關資料,會寫在該設計所使用的IC1的BM1P061FJ應用備忘錄上面,設計時可以多參考看看。本段放大說明部分的電路圖,幫助大家更容易了解說明內容。整個電路請參照”設計範例電路”。

本電路圖截取範例電路中的變壓器T1部分。變壓器T1除了輸入用的一次側線圈Np,以及輸出用的二次側線圈Ns外,還包含IC1產生VCC電壓的線圈Nd在內。

變壓器T1設計步驟
下方為設計變壓器時的步驟。依下列順序計算出數值,並導出下表變壓器的參數。線圈和流動電流的記號,請參照右下方的變壓器簡略圖。

①設定返馳電壓刑事和解
②計算二次側線圈電感Ls,二次側的最大電流Ispk
③計算一次側線圈電感Lp,一次側最大電流Ippk
④決定變壓器尺寸
⑤計算一次側線圈數Np
⑥計算二次側線圈數Ns
⑦計算VCC線圈數Nd

變壓器T1參數導出值

①設定返馳電壓刑事和解

返馳電壓伏尔數值是签证官(二次側输出电压加上二次側二極體D6的VF)乘上變壓器線圈比值Np: Ns。設定該返馳電壓伏尔,來決定線圈比值Np: Ns和责任比值。基本公式和範例如下。

例如線圈比Np: Ns為5.385,责任(max)將是0.424。根據經驗法則,责任(max)以低於0.5較佳。計算後责任超過0.5時請調整。

若從返馳式轉換器運轉原理來看,為了讓施加在一次側線圈的開關用電晶體Vds公司,也就是VIN +伏尔更加明確,而從設定返馳式電壓伏尔開始。另外,一開始也能夠採用例如先設定最大的责任比等其他方法。

返馳電路運轉和各電壓相關詳細內容,請參照“返馳式轉換器的基本電路和特色”之“脉宽调制控制型返馳式轉換器的運轉(連續模式)”此一項目。

②計算二次側線圈電感Ls,二次側最大電流Ispk

接著算出二次側線圈電感Ls和二次側最大電流Ispk。以下公式成立在本範例電路為不連續模式此條件下,相等時刻即是臨界點(連續模式和不連續模式的分歧點)。負載電流達到Iomax時亦為臨界點。

考量到過負載保護點等的上限,最大負載電流為Iout的1.2倍.Iout規格為3,因此Iomax設定為3.6 a.vout =的規格為12 v, VF和责任使用經由公式①計算出來的數值。

經由上方公式,算出二次側線圈電感Ls = 8.6μh,以及二次側最大電流Ispk = 12.5。另外,也提供一次側電流波形和二次側電流波供各位參考。

③計算一次側線圈電感Lp,一次側最大電流Ippk

依照下方公式,套入上方的計算結果,計算出一次側線圈電感Lp和一次側最大電流Ippk。

這裡計算出來的Lp將作為變壓器T1的參數。

④決定變壓器的尺寸

變壓器鐵線尺寸是根據輸出功率Po (W)來決定。返馳式轉換器一般輸出功率,和鐵芯尺寸之間的關聯性如下表所示。在本設計範例中阿宝= 36 W,因此鐵芯尺寸選擇EER28。

※上、述數值為大略標準。詳細內容請向變壓器廠商確認。

⑤計算一次側線圈數Np

一次側線圈數Np一開始時,磁束密度必須設定在容許範圍內。請依照下列公式計算。一般磁鐵芯的磁束密度B (T)最大值為t@100 0.4℃,所以Bsat = 0.35 T,帶入Lp和Ippk後算出一次側的線圈數Np。

接著,為了避免發生磁飽和現象,根據AL-Value-NI特性來設定Np。此時,必須要滿足Bsat的條件計算公式。

AL-Value = nh 280 /²時:

當Lp為249μh且繞30圈時,AL-Value為249μh / 30²≒276.7 nh /²。

倪經由下方公式計算出值。

因為已經算出AL-Value和倪,因此可以從EER28鐵芯尺寸的AL-Value-NI特性圖,確認未超出容許範圍。如果超出範圍就必須調整Np。

⑥計算二次側線圈數Ns

在算出一次側線圈數後,接著計算二次側線圈數Ns。先前已經算出一次側線圈Np為34圈,Np: Ns為5:1,將這些數值套入下列公式內。

⑦計算VCC線圈數Nd

最後計算IC1產生VCC的線圈繞捲數。

VCC為15 v,從線圈流出,透過二極體D6轉換成二極體的VF,且VF_vcc為1 v時,

這一段算出決定變壓器規格的數值。一開始加入依照規格表計算出來的數值後,再根據該規格來設計構造

整篇讀起來會覺得公式非常多,但其實已經算是較為簡單的公式,請各位務必試著計算看看。決定大略規格後,可以在獲得IC製造廠和變壓器廠商協助之下,繼續設計變壓器。