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【太实用了】电源适配器变压器计算与元器件选型、细,全!

2017-10-25 15:59:17 来源:大比特商务网

【大比特导读】这里讲下PFM PFM优点空载时处于降频模式也就降低了我们的开关损耗和导通损耗及IC负载低于一定的时候进入睡眠模式就是IC规格书中写到的静态电流稳态电流,就是说降低了IC的消耗,缺点是纹波动态响应没有PWM好

【太实用了】电源适配器变压器计算与元器件选型、细,全!

12V1.5A方案设计芯片:......

1输入:100-264V

2输出:12V1.5A

3效率:84%(5级能效80.2%,为便于生产故选84%)

4Vcc:14V(选择VCC开启阀值)

5工作频率:60K (PFM)

这里讲下PFM PFM优点空载时处于降频模式也就降低了我们的开关损耗和导通损耗及IC负载低于一定的时候进入睡眠模式就是IC规格书中写到的静态电流稳态电流,就是说降低了IC的消耗,缺点是纹波动态响应没有PWM好

6Dmax:0.45 占空比大于0.5会带来环路不稳定的缺陷所以大家都控制在0.5以内

7ΔB:(Bs-Br)*n=ΔB=(390-55)*0.6=0.2T

Bs:390mT/100℃

Br:55mT 各家参数不同安全值取0.3Tmax

CCM连续模式,电流不为零,ΔB变小,n取60% ΔB取值个人习惯

8Vinmin、Vinmax计算:

Vinmin=Vacmin*1.2=90*1.2=108V

Vinmax=Vac*1.414=374V

9磁芯选择:

AP=【(Po/η+Po)*10000】/(2*ΔB*ƒ*J*Ku)

=【(18/0.84+18)*10000】/(2*0.2*60*1000*400*0.2)

=394285.7/1920000

=0.205cm4

ƒ=60*1000 (Hz)

J电流密度=400

Ku绕组系数=0.2

EF25 AP=0.2376cm4AE=51.8 mm2

设计经验:

1、Ae值小效率低温度高,磁芯面积小扇热差,罐装磁芯辐射好,长宽磁芯漏感小。

2、Ae=Po*2 本人更喜欢这个公式Ae=18*2*1.4=50.4mm2

取:EF25:AE:51.8mm2

当然以上2种都可以选择。

10Np计算:

初级匝数:

Np=VINmin*ton/ΔB/AE

Np=108*7.5/0.2/51.8

=78.18T 取整79T

11NS计算:

次级匝数:NS=(Vo+Vd)*(1-Dmax)*NP/(VINmin*Dmax)

=(18+0.6)*(1-0.45)*78/(108*0.45)

=11.12T取整11T

12N计算:

匝比计算:N=Np/Ns=79/11=7.18T

13Iav计算

平均电流:Iav=Po/η/Vinmin =18/0.84/108 =0.198A

14Ipk计算:峰值电流计算

Ipk=Ipk1+Ipk2=Iav*2/Dmax =0.198*2/0.45=0.88A

15ΔI计算:

电流变化率ΔI 计算:CCM Ip2=3Ip1

DCM Ip1=0

0.88/4=IP1=0.22

0.22*3=IP2=0.66

ΔI =Ip2-Ip1

=0.66-0.22=0.44A

16电流有效值CCM:Irms==0.88*0.512=.45A

17Lp计算:

初级电感量计算:Lp=Vinmin*ton/ΔI=108*7.5/0.44=1.8mH 我们实际使用的要比计算的小一些这里算一个经验值吧再乘以0.7=1.26mH

18验证是否饱和:ΔB=Lp*Ipk/Np/Ae=1.26*0.88/79/51.8=0.27T<0.3T

19Ipks计算:

次级峰值电流:Ipks=Ipk*N=0.88*7.18=6.3A

20Irmss计算:

次级有效值计算:CCM Irms=6.3*0.566=3.57A

21Dp计算

初级线径计算:Dp=(Irms/π/J)开根号*2

=(0.45/3.14/6)开根号*2=0.3mm

J电流密度取5-7

22Ds计算:

次级线径计算:Ds= (3.75/3.14/7)开根号*2=0.82mm

绕不下的情况下降额70%=0.57

J电流密度取6-8

集肤深度:导线线径不超过集肤深度的2倍,若超过集肤深度,则需多股并绕。δ=66.1/√∫cm=66.1/244.94=0.269mm 0.269*2=0.54

多股线计算=0.7/根号股数=0.57/1.414=0.4mm*2

23Nvcc计算:

反馈绕组计算:

Va=(Vo+Vd)/Ns=12.6/11=1.145V/T

Nvcc=Vcc/Va

=14/1.145

=12.22T 取12T

Lp:1.2mm 1K0.25V

Np:79T 0.3mm

Ns:11T 0.4*2mm

Nvcc:12T 0.15mm

NP放在第一层这样每咋的长度最短减少匝间电容,起线放在MOS端使dv/di最大的部分被绕组屏蔽EMI较好

Vcc绕组PSR放在最外层,有利于初次级耦合减少初级和Vcc绕组耦合有利于输出电压精度

SSR模式将Vcc放在初次级之间充当屏蔽。尽量满层。

变压器绕指的几个经验规则

①初级绕组必须在最里层:这样可以缩短每匝导线的长度,减小其分布电容,同时初级绕组还能被其他绕组屏蔽,降低其电磁干扰。

②初级绕组的起始端应接到MOSFET 漏极:利用初级绕组的其余部分和其他绕组将其屏蔽,较小从初级耦合到其他地方的电磁干扰。

③初级绕组设计成2 层以下:这样能把初级分布电容和漏感降到最低,在初级各层间加1绝缘层,能将分布电容减小到原来的1/4 左右。

④绕制多路输出的次级绕组:输出功率最大的次级绕组应靠近初级,以减小漏感。如次级匝数少,无法绕满一层,可在匝间留间隙以便充满整个骨架,当然最好是采用多股并绕的方法。

⑤反馈绕组一般在最外层:此时反馈绕组与次级绕组间耦合最强,对输出电压的变化反应灵敏,还能减小反馈绕组与初级绕组的耦合程度以提高稳定性。

⑥屏蔽层的设计:在初、次级之间增加屏蔽层可减小共模干扰,最经济的办法是在初次级间专绕一层漆包线,一端接Vi(或Vd),另一端悬空并用绝缘带绝缘而不引出,线径可选0.35mm。但是因为线于线之间有间隙没有铜箔效果好。

⑦铜片屏蔽带:可用1 铜片环绕在变压器外部,构成屏蔽带,相当于短路环,对泄漏磁场起抑制作用,屏蔽带应与Vd 连通

8. 安全试验:变压器绕好后在外面缠3 层绝缘胶带,插入磁芯,浸入清漆,然后进行安全测试。对于110V电源,初次级间应能承受2000V 交流试验电压,持续时间60s,漏电距离为2.5~3mm;对于220V 电源,需承受3000V 的交流试验电压,漏电距离为5~6mm。各绕组首尾引出端需加绝缘套管,套管壁厚不得小于0.4mm。

下面聊下调试经验

1/2*Lp*Ipk*Ipk*ƒ=Po/η PFM 变频模式这里要设计好频率一般满载60K 频率高了变压器和输入大点解温度会下降但是MOS温度会上升所以这里要调试一个平衡。

1/4*N*Ipk=Io 匝比大了Ipk会下来MOS的温度会下降,肖特基反向电压下降,但是变压温度会上升Vds电压会升高

初级级之间加屏蔽,铜箔屏蔽要比线屏蔽效果好,线跟线之间存在缝隙。需要时磁芯外可以包外屏蔽但是屏蔽也是会产生损耗的效率会下降。

在效率低Vds高的情况下可以采用三明治绕法提升效率减小Vds

变压器计算完了,网上有很多计算方法我这算是结合验证还是蛮准的.

元器件的选型

1保险丝。

If=Iav/0.6*2(0.6为不带PFC)

=0.198/0.6*2

=0.66A

电压额定输出电压90-240V 250V的保险丝即可。

2压敏电阻:V1ma=a*Vinmax/b/c

=1.2*374/0.85/0.9

=487.9V

a:电压波动系数1.2

b:压敏误差系数0.85

c:压敏老化系数0.9

浪涌波形发生器对外输出有2欧的电阻,打1KV差模浪涌时流通容量:1000/2*2=1000A

3输入大电容

2Po=C=18*2=36uF 故此选择33uF电容

如电容选小了会发生如下情况:

1、纹波电流大会使电容发热。

2、无法满足维持输出功率的能量导致带不起载。

3、低频纹波大。

4、在满足容量的情况下,尽可能的前面放一个小电容后面放一颗大电容,对0.5M前的EMI有很好的效果。

这里注意电容越大MOS的温度会降低

4X电容

输入2pin为2类,输入3pin为1类,2类加强绝缘,1类基本绝缘。2类选择X2电容,容量越大传导效果越好,安规规定X电容超过0.1uF需要加释放电阻,保证输入断电1S内降到安全电压,输入峰值电压的37%

0.65*R*Cx=1 如Cx0.22uF

R=1/0.65/0.22=7Mmax Cx:uF R单位M

R=1/0.65/0.22=7M max 我们选择R1A 1M R1B 2M 这里还要注意耐压我们选择2颗1206贴片电阻

因其他放电回路X电容漏电流这些因数所以最好实测调试。

5Y电容:

根据初级峰值电压选取Y1,Y1参数交流额定工作电压250V 直流额定工作电压400V

二类产品漏电流小于0.25mA

CY=Ileakage/2/π/ƒ/Vrmsmax=0.25/2/3.14/60/264*10-6=2.5nFmax

可以选择不超过2500pF的电容我们先选择222/400V的,也可以选择2个Y2串联,电容串联容量减半,并联叠加。

不要超过2500pF 具体选择根据EMI实际情况选择

6滤波电感

共模电感差模电感,理论上电感越大EMI效果越好,但是差模电感大电感带来的是匝数多,分布电容大,可能会适得其反。

这里我一直按照个人经验,先选个20mH的感量(传导不过的情况下再试着加大感量)线径Dp=0.3*0.7=0.21mm

7桥堆选择

Vd=2√2*Vinmax=2*Vinmax=747V

加470V压敏防雷击后其残压越800V左右*1.1(它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻器两端所产生的电压此电压又称为残压,所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平。)

Vd=775*1.1=852.5V 471最大残压775V

BR1=5*Iav=5*0.198=0.99A

选择1A1KV

8RCD吸收

网上很多计算方法,我也看了很多实验了很多,我觉得算的没有意义太繁琐结果页不是很满意,先采取典型电路配置,个人更喜欢150K电阻,102的电容,加一颗慢管。

电阻电容具体这么选择呢我觉得还是调试把效率和Vds调整到一个合适的平衡,二极管,我看过其他人先的文章说的都有道理,所以我一般能过辐射即可,这里注意满足有异音和这个管子及电容有关系。

对于小功率推三极管的尽量还是选慢管可以减小MOS关闭时的震荡频率。

9CS电阻

Vcs<Rcs*Ipk Vcs=Rcs*Ipk*1.2

VCS尽量取低一点避免饱和对充电设备来说恒流更精准,这里注意我有碰过一些IC老化后OCP下降满载掉电压,所以要多试验多验证。

10VCC电容

大了起机速度慢,小了在满载转空载会出现馈电的情况,最严重的满载转空载,VCC进入欠压保护。这里讲一个经验,国产的芯片ESD做的不是太好所以画板时尽量Vcc电容靠近Vcc脚,所有的低单点接地。

本文由大比特资讯收集整理(www.steinberg-na.com)

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