第9課連續(xù)模式反激變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例

1、連續(xù)電流模式反激變壓器的設(shè)計(jì)Design of Flyback Transformer withContinuing Current Model摘要：本文首先介紹了反激變換器（Flyback Converter的工作原理，然后 重點(diǎn)介紹一種連續(xù)電流模式反激變壓器的設(shè)計(jì)方法以及多路輸出各次級(jí)電流有效 值的計(jì)算關(guān)鍵詞:連續(xù)電流模式（不完全能量傳遞方式、不連續(xù)電流模式（完 全能量傳遞方式、有效值、峰值.Keywords: Continuing Current ModelKeywords: Continuing Current Model、DiscontinuingCurrent Model、virt

2、ual value、 peak value.序言反激式變換器以其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉而深受廣大開發(fā)工程師的 喜 愛，它特別適合小功率電源以及各種電源適配器.但是反激式變換器的設(shè)計(jì) 難點(diǎn)是變壓器的設(shè)計(jì)，因?yàn)檩斎腚妷悍秶鷮?，特別是在低輸入電壓，滿負(fù)載 條件下變壓器會(huì)工作在連續(xù)電流模式（CCM,而在高輸入電壓，輕負(fù)載條件 下變壓器又會(huì)工作在不連續(xù)電流模式（DCM;另外關(guān)于CCM模式反激變壓 器設(shè)計(jì)的論述文章極少，在大多數(shù)開關(guān)電源技術(shù)書籍的論述中，反激變壓器 的設(shè)計(jì)均按完全能量傳遞方式（DCM模式或臨界模式來(lái)計(jì)算,但這樣的設(shè)計(jì) 并未真實(shí)反映反激變壓器的實(shí)際工作情況，變壓器的工作狀態(tài)可能不是最 佳.因

3、此結(jié)合本人的實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和心得，講述一下不完全能量傳遞方式 （CCM反激變壓器的設(shè)計(jì).二.反激式變換器（Flyback Converter 的工作原理反激式變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖一.當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，其等效電路如圖二（a及在導(dǎo)通時(shí)初級(jí)電流連 續(xù)時(shí)的波形，磁化曲線如圖二（b.T1 D1 V0VdcCi Np NsC0PWM控制電路Q1反饋控制電路圖一Vdc Ip Lp IoNp Ns C0圖二（aIpIp1 Bt BsTon=D*T BwBr圖二（b H當(dāng)Q1導(dǎo)通,T1之初級(jí)線圈漸漸地會(huì)有初級(jí)電流流過，能量就會(huì) 儲(chǔ)存在其中.由于變壓器初級(jí)與次級(jí)側(cè)之線圈極性是相反的，因此二極管 D1不會(huì)導(dǎo)通，輸出

4、功率則由Co來(lái)提供.此時(shí)變壓器相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)電感 Lp,初級(jí)線圈電流Ip可以表示為：ip（t=ip（0+1/Lp*/ ODTVdc*dtVdc=Lp*dip/dt此時(shí)變壓器磁芯之磁通密度會(huì)從剩磁Br增加到工作峰值Bw.當(dāng)Q1截止時(shí)，其等效電路如圖三（a及在截止時(shí)次級(jí)電流波形，磁 化曲線如圖三（b.Vdc Ls Is IoNp Ns COQ1圖三（aIsIs2Is1 Bt BsTon Toff=(1-D*T BwBr圖三(b H當(dāng)Q1截止時(shí)，變壓器之安匝數(shù)(Ampere-Turns NI不會(huì) 改變，因?yàn)椋?B并沒有相對(duì)的改變當(dāng)？B向負(fù)的方向改變時(shí)(即從Bw降 低到Br,在變壓器所有線圈之電壓極性

5、將會(huì)反轉(zhuǎn)，并使D1導(dǎo)通，也就 是說儲(chǔ)存在變壓器中的能量會(huì)經(jīng)D1,傳遞到Co和負(fù)載上.此時(shí)次級(jí)線圈兩端電壓為：Vs(t=Vo+Vf (Vf為二極管D1的壓 降.次級(jí)線圈電流：is(t 二 is(DT- 1/Ls* dET Vs(t*dtLp=(Np/Ns2*Ls (Ls為次級(jí)線圈電感量由于變壓器能量沒有完全轉(zhuǎn)移，在下一次導(dǎo)通時(shí)，還有能量 儲(chǔ)存在變壓器中，次級(jí)電流并沒有降低到0值，因此稱為連續(xù)電流模式或 不完全能量傳遞模式(CCM.三.CCM模式下反激變壓器設(shè)計(jì)的步驟確定電源規(guī)格.輸入電壓范圍Vin=90 264Vac;輸出電壓/負(fù)載電流：Vout=12V/1A;變壓器的效率?=0.80工作頻率和

6、最大占空比確定.?。汗ぷ黝l率fosc=100KHz,最大占空比Dmax=0.45.T=1/fosc=10us.Ton(max=0.45*10=4.5usToff=10-45=55us計(jì)算變壓器初與次級(jí)匝數(shù)比n(Np/Ns=n.最低輸入電壓 Vin(min=90*1.2=108Vdc.根據(jù)伏特-秒平衡，有：Vin(min* Dmax= (Vout+ V f*(1- Dmax*n.n= Vin(min* Dmax/ (Vout+Vf*(1-Dmaxn=108*0.45/(12+1.0*0.55=6.8變壓器初級(jí)峰值電流的計(jì)算.設(shè)輸出電流的過流點(diǎn)為120%；輸出總功率:Pout=1.2*V0*I0=

7、1.2*12*1=14.4W電源輸入功率：Pin= Pout/?=14.4/0.8=18W如圖四，設(shè) Ip2=k*Ip1,取 k=0.2 Ip1/2*(Ip 1 +Ip 2 *Vin(min*D= Pin Ip 1Ip 1 =2Pin/(1+k*Vin(min*Dmax Ip 2=2*18/1.2*108*0.45 t=0.617A tonIp2=0.2*Ip1=0124AA=jIp1-Ip2=0.617-0.124=0.493A ( 圖四變壓器初級(jí)電感量的計(jì)算.由式子 Vdc=Lp*dip/dt,得：Lp= Vin(min*Ton(max/AI=108*4.5/0.493=986uH變壓器鐵

8、芯的選擇其中：L （變壓器的初級(jí)電感量二986uHK1 （窗口的銅填充系數(shù)=0.0085變壓器磁通密度Bmax=3000 Gs=0.30TIIL （初級(jí)電流有效值：1=0.265AIsp （短路的最大峰值電流，通常取初級(jí)正常工作峰值的1.5 2 倍4舛6叮0*0血廠 2* 0.265 1亍a 11AO.OOS5 小 cccl ,Aw*Ae= L=0.0635cm4考慮到繞線空間，選擇窗口面積大的磁芯，查表：EF20鐵氧體磁芯的有效截面積Ae=33.5mm2它的窗口面積Aw=30.24mm 2EF20的功率容量乘積為Ap =Ae*Aw=0.1013cm4 0.0635cm4故選擇EF20鐵氧體磁

9、芯.7變壓器初級(jí)匝數(shù) B/Bmax 二 I/Ip1 B=Bmax* I/Ip1=0.3 *0.493/0.617=0.24T1.1.由 Np 二 Lp* I /AeB,得Np=986*0.493/33.5*0.24 = 60.45取 Np=61因此變壓器磁芯選擇通過8.變壓器次級(jí)匝數(shù)的計(jì)算.Ns=Np/n=62/6.8=9.11 取 Ns =9TS輔助匝數(shù) Na 二 Ua*Ns/Uo=15*9/12=11.25.取 1 仃 S12.變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的線徑計(jì)算.1導(dǎo)線橫截面積:前面已提到，取電流密度j=6A/mm 2變壓器初級(jí)線圈：導(dǎo)線截面積二lp(rms/j=0265/6A/mm2=0.044mm2初級(jí)線圈線徑為0.24mm變壓器次級(jí)線圈：次極電流有效I =lo 心-D=1.2*1 /0.55=1.6A值級(jí)導(dǎo)線載面積=1.6/6=0.27 mm2次極線徑=0.58mm5.變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝次極線徑=0.58mm5.變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝為了減小變壓器的漏感EMI性能比較好，建議米取二文治繞法，而且米取該繞法的 電源屏蔽層Na1/2NpNs屏蔽層1/2Np四結(jié)論.由于連續(xù)模式下電流峰值比不連續(xù)模式下小，開關(guān)管的