用于單片集成開關(guān)IC開關(guān)電源的反激式變壓器設(shè)計(jì)(一)

現(xiàn)在可以計(jì)算氣隙的厚度了。氣隙僅在磁芯的中間部分研磨，這樣有助于防止磁芯邊沿磁通泄漏對(duì)周圍元件產(chǎn)生EMI噪聲(然而對(duì)于發(fā)展中或小的產(chǎn)品用絕緣材料墊在磁芯外部獲得所需氣隙是可以接收的。但必須切記外部氣隙是計(jì)算值的一半)。Ig最小是0.051mm，這是Alg的約束和研磨容許誤差。Ig計(jì)算公式如下：

隨著參數(shù)的計(jì)算和確定我們現(xiàn)在需要計(jì)算合適的導(dǎo)線規(guī)格。首先需要根據(jù)實(shí)際骨架寬度(BW)計(jì)算可用骨架寬度(BWA),初級(jí)繞組(L)層數(shù)，余留寬度(M)。初級(jí)可繞1，2層或3層但要盡量減少層數(shù)以降低初級(jí)繞組電容(也可用膠帶絕緣初級(jí)能有效的降低繞組電容)和漏電感。余留尺寸取決于由系統(tǒng)輸入電壓和安全處理決定的所需絕緣程度(詳見第4部分變壓器結(jié)構(gòu))。另一可行辦法是次級(jí)

繞組絕緣增大3倍就無需余留空間，這一方法通常應(yīng)用于主要考慮變壓器尺寸的場所，此發(fā)能減小變壓器尺寸，但通常引起成本增加

現(xiàn)在根據(jù)可利用的繞組寬度計(jì)算出初級(jí)導(dǎo)線規(guī)格，由初級(jí)匝數(shù)計(jì)算出包括絕緣層在內(nèi)的導(dǎo)線外(OD，mm)。計(jì)算的目的是為了讓初級(jí)繞組覆蓋整個(gè)骨架寬度以產(chǎn)生最強(qiáng)的耦合

現(xiàn)在由第5部分的導(dǎo)線規(guī)格表(它是個(gè)好的開始)或者廠商提供的合適的導(dǎo)線規(guī)格表可以選擇與所計(jì)算OD值相匹配的導(dǎo)線規(guī)格。依此能得到導(dǎo)線的圓密爾值(CM)，進(jìn)一步可以計(jì)算初級(jí)繞組電流容量(它是反推電流密度的基礎(chǔ))它被定義為“圓密爾每安培”或CMA

計(jì)算的CMAp值應(yīng)在200~500之間，低于200的電流密度太高，它會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱和功率損耗，高于500導(dǎo)線未被利用到額定電流容量值。如果計(jì)算的CMAp低于200需重復(fù)計(jì)算，可以增加繞組層數(shù)或選擇大一規(guī)格的磁芯。

如果CMAp高于500就減少繞組層數(shù)或小一規(guī)格的磁芯進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。作為一個(gè)規(guī)范初級(jí)導(dǎo)線規(guī)格應(yīng)在26AWG之內(nèi)。這是因?yàn)樵诟哳l時(shí)電流只在導(dǎo)線表面流動(dòng)，大規(guī)格導(dǎo)線的中心沒有被利用，電流集中在導(dǎo)線表面，這樣就減小了導(dǎo)線有效栽流截面。可以用多股導(dǎo)線克服這以問題，例如多股標(biāo)準(zhǔn)26AWG導(dǎo)線可給出相同的有效CMA。

現(xiàn)在我們需要計(jì)算輔助繞組導(dǎo)線規(guī)格和次級(jí)繞組導(dǎo)線規(guī)格(或多路輸出電源的繞組)。利用下式能夠計(jì)算出適當(dāng)繞組的次級(jí)峰值電流

此處Pox是所計(jì)算的次級(jí)繞組的輸出功率，Po是先前計(jì)算的總輸出功率。這確保所計(jì)算的次級(jí)峰值電流和特定輸出功率相匹配，這一點(diǎn)對(duì)多路輸出電源很重要，能保證次級(jí)導(dǎo)線規(guī)格不超標(biāo)，這假定次級(jí)是單獨(dú)繞組。一個(gè)可選的辦法是疊加

次級(jí)繞組，通過合并輸出返回連接端能夠減少骨架所需引腳數(shù)。這兩種次級(jí)繞組安排見下圖3。

圖3 次級(jí)繞組的兩種不同安排

在圖3所示例子中次級(jí)S1傳導(dǎo)S1，S2，S3的和電流，次級(jí)S2傳導(dǎo)S2，S3的和電流，因此導(dǎo)線的規(guī)格必須于之相適應(yīng)。Ispx計(jì)算公式變?yōu)橄率剑?/p>

此處ΣPox是各繞組功率之和，例如在圖3 b)中S1+S2+S3為S3繞組，S1+S2為S2繞組。S3仍舊傳導(dǎo)它自己的電流，計(jì)算是簡單的?，F(xiàn)在次級(jí)RMS電流(Isrms)可以下式計(jì)算：

圖4給出IR40xx漏極電壓，初級(jí)電流，變壓器次級(jí)電壓和次級(jí)電流。據(jù)此可以看出初、次級(jí)之間的關(guān)系，初、次級(jí)電流是如何不在同一時(shí)間流動(dòng)的。

現(xiàn)在根據(jù)所計(jì)算的次級(jí)RMS電流(Isxrms)得出所需次級(jí)導(dǎo)線的規(guī)格。公式如下：

注意此處計(jì)算的初級(jí)所用CMA(電流容量)要確保與初級(jí)和次級(jí)的電流容量相匹配。由所計(jì)算的CM值從導(dǎo)線規(guī)格表中選擇合適的導(dǎo)線。

若可能的話總是在相鄰低點(diǎn)的AWG號(hào)(它是相鄰較大導(dǎo)線規(guī)格)附近取值。次級(jí)導(dǎo)線規(guī)格大于26AWG時(shí)建議不使用單根導(dǎo)線，其原因在前面關(guān)于初級(jí)導(dǎo)線規(guī)格時(shí)已提及到，所以繞組就需要用小規(guī)格的導(dǎo)線或者絞合線(它通常是多股導(dǎo)線編織而成這種導(dǎo)線一般是定做，價(jià)格昂貴，但它使用效果好)并聯(lián)使用。

當(dāng)使用并聯(lián)導(dǎo)線時(shí)應(yīng)確信全部CM值在前面計(jì)算值的10%之內(nèi)。同法可計(jì)算出輔助繞組所需的導(dǎo)線規(guī)格。

圖4一個(gè)12V/2A的電源在90Vac輸入帶1.5A負(fù)載時(shí)

IR40xx的漏極電壓(CH1-00/div)、初級(jí)電流

(CH3)、次級(jí)電壓(CH2-20V/div)和次級(jí)電流(CH4)

為了初、次級(jí)間有最強(qiáng)的耦合，次級(jí)繞組應(yīng)充滿整個(gè)骨架寬度。由于次級(jí)繞組通常只有很少的匝數(shù)，所以能通過繞組并聯(lián)達(dá)到此目的。

變壓器制造商在制作變壓器時(shí)需要以下參數(shù)：

-磁芯和骨架序列號(hào)(及所需氣隙AL值〔ALG〕)

-每一繞組的導(dǎo)線規(guī)格和絕緣類型

-安全和漏電要求

-初級(jí)電感

-每一繞組(Np、Nb、Ns)匝數(shù)

-骨架引腳連接關(guān)系

-繞組結(jié)構(gòu)和放置