正激变压器的设计
正激变压器的设计
本文以一个13.8V 20A的汽车铅酸电池充电器变压器计算过程为例，来说明正激变压器的计算过程
1、相關規格参数（SPEC）:
INPUT: AC 180V~260V 50Hz
OUTPUT: DC 13.8V (Uomax=14.7V) 20A
Pout: 274W (Pomax=294W)
η≧80%, fs: 60KHZ;
主电路拓扑采用单管正激 自冷散热
2、選擇core材質.決定△B
选择PC40材质Core，考虑到是自冷散热的方式，取ΔB＝0.20T
3、確定core AP值.決定core規格型號.
AP=AW×Ae=(Ps×104)/(2×ΔB×fs×J×Ku)
Ps : 變壓器傳遞視在功率 ( W) Ps=Po/η+Po (正激式)
Ps=294/0.8+294＝661.5W
J : 電流密度 ( A) .取400 A/cm2
Ku: 銅窗占用系數. 取0.2
AP=(661.5×104)/(2×0.20×60×103×400×0.2)≈3.4453 cm2
選用CORE ER42/15 PC40．其參數為:
AP=4.3262cm4 Ae=194 mm2 Aw=223mm2 Ve=19163mm3
AL=4690±25% Pt=433W (100KHz 25℃)
4、計算Np Ns.
(1). 計算匝比 n = Np /Ns 設 Dmax= 0.4
n = Np / Ns = Vi / Vo = [Vin(min) ×Dmax]/ (Vo+Vf)
Vf :二极管正向壓降 取1V
Vin(min)=180×0.9×√2-20=209 VDC
Vin(max)=260×√2=370VDC
n=(209*0.4)/(13.8+0.7)=5.766 取5.5
CHECK Dmax
Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)= 5.5
(13.8+1)/209=0.3868≈0.387
Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)= 5.5
(13.8+1) /370=0.218
(2). 計算Np
Np=Vin(min) ×ton/(ΔB×Ae)
Ton：MOS管导通时间 ton= Dmax/ fs＝0.387/60×103＝6.33uS
Np = (209×6.33)/( 0.20×194)=34.1 取34TS
(3). 計算Ns
Ns = Np / n = 34÷5.5＝6.18 取整为6 TS
(4). CHECK Np （以Ns驗算Np)
Np = Ns×n = 6×5 .5=33TS 取 Np = 33TS
(5).確定NR
NR = Np= 33TS
(6). CHECK ΔB之選擇合理性.
ΔB=[Vin(min) ×Dmax×Ts]/ (Np×Ae)
=(209×6.33)/ (33×194)=0.2067T
5、計算线径：
(1). 求初級線徑dwp：
Ip = Pi / VL = Po / (η×Dmax×VIN) =294/(0.80×0.38×209) = 4.63 A Iprms= Ip×√D =4.63 ×√0.38 = 2.854A
Awp = I/J = 2.854/5 = 0.571mm
dwp=√(4Awp/π)＝√(4×0.571/3.14)=0.853mm 2
Φ0.9mm orΦ0.55mm×4
(2). 求NR繞組線徑dwR.
2NR =33TS L = N×AL
2L = 33×4690×0.75 = 3.83mH
3Im = Vin(min) ×ton / L = (209×6.33) / (3.83×10) ≈ 0.345A
AWN = 0.345 / 5 = 0.0691mm
dwN=√(4×0.0691/3.14) =0.235mm 取Φ0.28mm
(3). 求繞組Ns之線徑dws
Isrms=16×√0.35=9.47A (设计输出电流最大为16A)
Aws= I / J＝9.47÷5＝1.9 mm 22
查ER42/15 BOBBIN幅寬27.5mm±0.3mm.考虑扣除挡墙約6mm,則有 27.5 - 6=21.5mm之可繞寬度,預留適當空間(1.5mm) ， W＝20mm
則:
dws=√(4Aws/π)＝√(4×1.9/3.14)= 1.56mm
选用Φ0.40mm×16
6、计算副边输出储能电感的感量
Lo=Vo×(1-Dmin)÷(0.2×Io×Fs)
3=13.7×（1-0.218）÷（0.2×20×60×10）
3=10.7134÷（240×10）
=45μH