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5V2A高频变压器设计及参数

5V,2A 反激式電源變壓器設計

要求:

VinAC = 85V ~ 265V f= 50/60Hz

Vout = 5V + 5%

Iout = 2A

纹波电压 = 20mv

Vbias = 22V, 0.1A (偏置線圈電壓取 22V, 100mV)

η = 0.8-0.85

fs = 60KHz

計算過程:

1.設工作模式為 DCM臨界狀態.

Pout = 5*2 = 10W

Pin = Pout/η= 10/0.8 = 12.5W

VinDCmin = 85* -30(直流紋波電壓)= 90V

VinDCmax = 265* =375V

2.匝數比計算 , 設最大占空比Dmax = 0.45 :

式中:

Vd為輸出整流二極管導通壓降,取0.5V;

VL為輸出濾波電感壓降, 取0.2V.

3.初級峰值電流計算:

4.初級電感量計算:

5.變壓器磁芯選擇EFD20, 參數如下:

Ae = 28.5mm2 AL = 1200+30%-20%nH/N2 Le = 45.49mm Cl = 1.59mm-1 Aw = 50.05mm2 Ap = 1426.425mm4

6.初級繞組,次級繞組及偏置繞組匝數計算:

式中:

Lp為初級電感量, 單位H;

Ip為初級峰值電流, 單位A;

Bw為磁芯工作磁感應強度, 取0.2T,單位為T;

Ae為磁芯截面面積, 單位為cm2;

Vb 為偏置繞組電壓Vbias=22V ;

Vbd為偏置繞組整流二極管壓降,取0.7V.

7.氣隙長度計算:

式中:

Lg 單位為cm;

Lp 單位為H;

Ae 單位為cm2.

8.重新核算占空比Dmin,Dmax及最大磁通密度Bmax:

(1).當輸入電壓為最低時:VinDCmin=90V

(2).當輸入電壓為最高時:VinDCmax=375V

(3).Bmax

式中:

Lp 單位為uH; Ip 單位為A; Np 單位為N(匝); Ae 單位為cm2.

9.繞組線徑計算及窗口占有率:

肌膚深度:, 2d = 0.364mm

線徑選取需滿足:導線直徑需大於兩倍的肌膚深度時,需采用多股線.

假設電流密度 J=4A/mm2

(1).初級繞組線徑計算:

Ip=0.494A, IRMS=Ip*=0.494*=0.331A ,,查表采用Aw = 0.0962mm2的導線,其裸銅線徑為0.35mm<0.364mm(肌膚深度), 包括皮膜最大直徑為0.402mm.占有窗口面積為Wa=54*0.4022=8.7266mm2.

(2).次級繞組線徑計算:

Io=2A, IRMS=Io=2A,Aw=2A/4=0.5mm2,多股并繞采用Aw=0.1257mm2的導線, 其裸銅線徑為0.4mm,采用0.5/0.1257=4股并繞, 包括皮膜最大直徑為0.456mm. 占有窗口面積為Wa=5*4*0.4562=4.1587mm2.

(3).偏置繞組線徑計算:

Io=0.1A, IRMS=Io=0.1A,Aw=0.1A/4=0.025mm2,采用Aw=0.0254mm2的導線,其裸銅線徑為0.18mm<0.364mm(肌膚深度), 包括皮膜最大直徑為0.226mm.占有窗口面積為Wa=20*0.2262=1.0215mm2.

全部繞組占有窗口面積為=8.7266+4.1587+1.0215=13.9068mm2.占總窗口面積=(E-D)*F=50.05mm2的27.8%.

10.結構設計:

EFD20磁芯的骨架,窗口長度13.5mm,寬度10.5mm.如下圖示:

初級繞組導線最大直徑為0.402mm,每層可繞13.5/0.402=33.5匝,54匝要用2層,每層分別繞30匝,24匝,每層厚度為0.402mm.

次級繞組導線最大直徑為0.456mm,每層可繞13.5/0.456=29.6匝,5匝只要用1層,厚度為0.456mm.

偏置繞組導線最大直徑為0.226mm,每層可繞13.5/0.226=59.7匝,20匝只要用1層,厚度為0.226mm.

使用順序繞法,繞組排列如下:

繞組總厚度=0.6+0.402+0.402+0.226+0.456=2.836mm < 磁芯窗口寬度=(E-D)/2=(15.4-8.9)/2=3.25mm.

11.估算損耗及溫升:

(1).各繞組之線長:

依照平均匝長=2舌寬+2疊厚+4窗寬,得:

Np1 = 2*(8.9+3.6)+4*(0.6+0.201)=28.204mm

Np2 = 2*(8.9+3.6)+4*(0.6+0.201*2+0.15)=29.608mm

Nb = 2*(8.9+3.6)+4*(0.6+0.201*2+0.15*2+0.113)=30.66mm

Ns = 2*(8.9+3.6)+4*(0.6+0.201*2+0.15*4+0.113+0.228)= 31.572mm

即

Np線長LNp=30*28.204+24*29.608= 1556.712 mm= 155.6712 cm

Nb線長LNb=20*30.66= 613.2mm=61.32cm

Ns線長LNs=5* 31.572=157.86mm=15.786cm

查線阻表可知: 0.402mm WIRE RDC=0.00259Ω/cm @100℃

0.456mm WIRE RDC=0.00198Ω/cm @100℃

0.226mm WIRE RDC=0.01001Ω/cm @100℃

R@100℃=1.4* R@20℃

(2).初級,次級各電流值:

求次級各電流值,已知Io=2A.

次級平均峰值電流:

次級直流有效電流:

次級交流有效電流:

求初級各電流值:

因為Np*Ip=Ns*Is

初級平均峰值電流:

初級直流有效電流:

初級交流有效電流:

(3).求各繞組交,直流電阻:

初級:RpDC=(LNp*RDC)/2=(155.6712*0.00259)/2=0.2015Ω

Rpac=1.6* RpDC =0.321Ω

次級:RsDC=(LNs*RDC)/2=(15.786*0.00198)/2=0.0156Ω

本文发布于:2024-09-20 19:56:05，感谢您对本站的认可！

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