50W反激变换器的设计.doc

50W反激变换器的设计(CCM)
电源规格 输入电压：85Vac ~ 264Vac
输出电压：5Vdc 输出电流：10A
确定变压器初次级的匝比n
设定最大占空比: D=0.45
工作频率: f=100KHz， T=1/f=10uS
最大磁通密度: B=0.2
则主功率管开通时间为：
Ton=T*D=10uS*0.45=4.5uS
选择变压器的磁芯型号为EER2834
磁芯的截面积：Ae=85.5mm
最低输入电压:
Vin= 85 * √2 – 20 = 100.2 V ( 设定低频纹波为20V ）
根据伏·秒平衡原理有：
Vin * Ton = n * ( Vo + Vf ) * Toff
( 设定整流管压降为1V ）
变压器的匝比n: n = 13.67
设定电源工作在连续模式 Ip2 = 0.4 * Ip1
0.5 * ( Ip1 + Ip2 ) * Vin * D = Pout /η
( 设定电源的效率η为0.8 ）
Ip1 = 1.98 A Ip2 = 0.79 A
变压器的感量
L = ( Vin * Ton ) / ( Ip1 – Ip2 ) = 379 uH
变压器的初级匝数
Np = ( Vin * Ton ) / ( Ae * B ) = 27 T
变压器的次级匝数 Ns = Np / n = 2 T
变压器的实际初次级匝数可以取
Np = 27 T Ns = 2 T
重新核算变压器的设计
最大占空比：Vin * D = n * ( Vo + Vf ) * ( 1 – D )
D = 0.447
最大磁通密度：Bmax = ( Vin * Ton ) / ( Np * Ae )
Bmax = 0.195 T
初级电流 Ip1 和Ip2：
0.5 * ( Ip1 + Ip2 ) * Vin * D = Pout /η
Ip2 + ( Vin * Ton ) / L = Ip1
Ip1 = 1.99 A Ip2 = 0.8 A Ip_rms = 0.93A
次级电流 Is1和 Is2
Is1 =Ip1*n=26.87A Is2=Ip2*n =10.8A
Is_rms = 12.56A
次级电压折射到初级的电压
Vor = n * ( Vo + Vf ) = 81V
初级功率管Mosfet 的选择
Vmin = (√2 * 264 + Vor +50 ) / 0.8 = 630 V
Ip_rms = Ip_rms / 0.8 = 1.16 A
( 设定应力降额系数为0.8 ）
可以选择 Infineon 的IPP60R450E6
次级整流管Diode 的选择
Vmin = (√2 * 264 / n + 5 +15 ) / 0.8 = 60 V
Is_rms = Is_rms / 0.8 = 15.7 A
( 设定应力降额系数为0.8,噪音为15V ）
可以选择 IR 的30CTQ060PBF
输出电容的选择
设定输出电压的纹波为50mv
输出电流的交流电流：
Isac_rms = 0.5 * ( Is1 + Is2 ) * √D * ( 1- D )
Isac_rms = 9.36A
Resr = Vripple / Isac_rms = 5.34 mohm
选择Nichicon 电容HD 系列6.3V/3900uF 四个并联使用
50W反激变换器的设计(DCM)
电源规格 输入电压：85Vac ~ 264Vac
输出电压：5Vdc 输出电流：10A
确定变压器初次级的匝比n
设定最大占空比: D=0.3
工作频率: f=100KHz， T=1/f=10uS
最大磁通密度: B=0.2
则功率管开通时间：Ton=T*D=10uS*0.3=3uS
假设关断时间：Toff=7uS，Tr=4uS
选择变压器的磁芯型号为EER2834
磁芯的截面积：Ae=85.5mm
最低输入电压:
Vin= 85 * √2 – 20 = 100.2 V ( 设定低频纹波为20V ）
根据伏·秒平衡原理有：
Vin * Ton = n * ( Vo + Vf ) * Tr
( 设定整流管压降为1V ）
变压器的匝比n: n = 12.53
设定电源工3作在续模式 Io = Tr/T * Ip2
Ip2=Io*T/Tr=25A
Ip1 = Ip2/n=1.99 A
变压器的感量
L = ( Vin * Ton ) / Ip1 = 151 uH
变压器的初级匝数
Np = ( Vin * Ton ) / ( Ae * B ) = 18 T
变压器的次级匝数
Ns = Np / n = 1.4 T=2T
变压器的实际初次级匝数可以取
Ns = 2 T Np=Ns * n=25.1T=26T
开关电源一次滤波大电解电容
开关电源决定一次侧滤波电容，主要影响电源的性能参数为输出低频交流纹波与保持时间.
滤波电容越大，电容器上的Vin(min)越高，可以输出较大功率的电源，但相对价格也提高了。
输入电解电容计算方法(举例说明)：
1.因输出电压12V 输出电流2A, 故输出功率：Pout=Vo*Io=12.0V*2A=24W。
2.设定变压器的转换效率约为80%，则输出功率为24W的电源其输入功率：Pin=Pout/效率=.
3.因输入最小交流电压为90VAC，则其直流输出电压为： Vin=90*1.2=108Vdc
故负载直流电流为：I= =
4.设计允许的直流纹波电压/Vo=20%，并且电容要维持电压的时间为1/4周期t（即半周期的工频率交流电压在约是4ms，T===0.0167S=16.7 ms）则：C=
故实际选择电容量47uF.
5.因最大输入交流电压为264Vac，则最高直流电压为:V=264*=373VDC.
实际选用通用型耐压400Vdc的电解电容,此电压等级,电容有95%的裕度.
6.电容器的承受的纹波电流值决定电容器的温升,进而决定电容器的寿命.(电容器的最大纹波电流值与其体积,材质有关.体积越大散热越好耐受纹波电流值越高)故在选用电容器要考虑实际纹波电流值＜电容器的最大纹波电流值.
7.开关源元器件温升一般较高,通常选用105℃电容器,在特殊情况无法克服温升时可选用125℃电容器.
故选用47uF,400v, 105℃电解电容器可以满足要求(在实际使用时还考虑安装机构尺寸,体种大小,散热环境好坏等)