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请教5V1A电源变压器设计。查了不少资料,但是那一种方法设计的都不对

以前都是用PI的芯片并利用他的软解设计变压器,现在想选用一款便宜点的IC,变压器只有自己设计,但是查了很多资料和书籍,发现变压器的设计总是不对。

选用的IC为DK106

1、  输入电压范围 180-270VAC

2、  开关IC频率65khz、

3、  开关IC最高耐压 700V

4、  输出5V1A

变压器准备采用EE13

以下是我根据不同的资料进行的设计

一、根据王健强翻译的《精通开关电源设计》书中设计设计步骤

1、  确定反射电压VORZ及匝比

VINMAX=22×VACMAX=22×270=382V

开关IC最高耐压 700V,预留120V压降,700-120=580

VIN+VZ=382+VZ<=580VVZ<=198V,取180V标准TVS管。

VORVZ/1.4=180V/1.4=128V

5V输出整流管正向压降0.6V,则匝比为

n=VOR/(VO+VD)=128/(5+0.6)=22.86

2、  理论最大占空比(最后弃用)

忽略变换器的输入电压纹波,变换器的最小直流输入为

VINMIN=1.3×VACMIN=1.3×160=208V

D=VOR/(VOR+VINMIN)=128/(128+208)=0.38

3、  原副边侧的有效负载电流

IO=1A

IOR=IO/n=1/22.6=0.0437A

4、占空比

设效率η=0.8,则输入功率PIN=5/0.8=6.25W

初级平均电流IIN=PIN/VINMIN=6.25/208=0.0300A

IIN/D=IOR/(1-D)

D=IIN/(IIN+IOR)=0.0300/(0.0300+0.0437)=0.407

这个占空比比2中更为精确

4、  实际原副边侧电流斜坡中心值

IL=IO/(1-D)=1/(1-0.407)=1.686A

ILR=IL/n=1.686/22.86=0.074A

5、  峰值开关电流

已知ILR,就能算出所选电流纹波下的峰值电流,r0.5

IPK=(1+r/2) ×ILR=1.25×0.074=0.093A

6、  伏秒积

VINMIN时,有VON=VIN=208V

则开关导通时间为

Ton=D/f=0.407/(65×1000)=6.262us

故伏秒积为

Et=VON×ton=208×6.262=1302Vus

7、  原边侧电感值

LP=(1/LR) ×(Et/r)=1302/(0.074×0.5)=35189Uh

电感值太大。。。后面没法计算了,貌似问题出在IPK太小

二、按照DK106手册中方法计算

1、电源输入功率,设计η=0.8

         Pin=Pout/η=5/0.8=6.25W

         根据经验选取EE13磁芯

2、原边电压VS

         VS=160*1.3=208V

3、计算导通时间(D0.5)

         TON=1/f×D=1/65000×0.5=7.7uS

4、计算原边匝数

         NP=(VSTON)/( ∆Bac·Ae)

         ∆Bac为交变工作磁密度(mT),设为0.2

         Ae为磁芯有效面积mm2,EE13磁芯为16mm2

              NP=(208×7.7)/(0.2×16)=500

5、  计算副边匝数

NS=(VO+VD)×NP/VS=(5+0.6) ×500/208=13.5

6、  计算原边电感量

LP=(VS×TON)/IP  IP为原边峰值电流(芯片设定最大峰值电流为320mA

=(208×7.7)/320=5mH

7、  变压器验证

变压器的设计时最大磁感应强度不能大于0.4T,(铁氧体的饱和磁感应强度一般为0.4T 左右),由于单端反激电路工作在B-H 的第一象限,磁心又存在剩磁Br 约为0.1T,所以最大的工作磁通Bmax 最大只有0.4 − 0.1 = 0.3T

         BMAX=(IP×LP)/(NP×Ae)=(320×5)/(500×16)=0.2

         BMAX<0.3,设计合理。

对于这个结果感觉初级线圈500和初级电感5mH电感是不是太大了?还有此办法好像有问题,前面取得∆Bac貌似总是等于最后的BMAX

三、根据http://www.dianyuan.com/bbs/2425730.html帖子中的办法

1、计算匝比n

         取反射电压VOR=90V

         n=VOR/(VO+VD)=90/(5+0.6)=15

2、计算占空比

         方法一

         VINMIN200V

DMAX=(VOUT+VD)*n/((VOUT+VD)*n+VINMIN)

         =(5+0.6)*15/((5+0.6)*14+200)=0.30

         方法二    

         原副边的有效负载电流

         IR=IO/n=1/15=0.0667A

         输入功率PIN=POUT/η=5/0.8=6.25W

         平均输入电流:IIN=PIN/VINMIN=6.25/200=0.03125

         D=IIN/(IIN+IR)=0.03125/(0.03125+0.0667)=32

3、原副边侧电流斜坡中心值

         IL=IO/(1-D)=1.47A

         ILR=IL/n=0.098A

4、峰值开关电流IPK

         IPK=(1+r/2)*ILR=1.25*0.098=0.1225A

1、  伏秒积(f=65000Hz)

TON=D/f=0.32/0.065=4.9us

         ET=VINMINxTON=200*4.9us=980Vus

2、  原边电感量

LP=(I/ILR)*(ET/0.5)

=(1/0.098)*(980/0.5)=20000uH

这也计算不下去了。20mH初级电感。。

请专家给看看以上方法为何都不对?还是我哪里计算错误?有没有更系统的计算方法吗?

 

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2017-12-18 22:08
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2017-12-19 15:12
你拆一个5V1A的充电器不就知道了吗.
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秋雨
LV.4
4
2017-12-19 19:01
@qwert123456
你拆一个5V1A的充电器不就知道了吗.
手头就有,但是仿制不懂原理总归不放心。
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秋雨
LV.4
5
2017-12-20 10:40

哪位专家给看看哪里不对?我估计好像输入电压范围90-264V估计计算就可以了,但是我不需要110V供电呀,那样的话按说成本更高才对。我感觉上面的第一种设计好像是Ipk太小的缘故。或者是我的这种算法是CCM模式?而实际应该是DCM模式?

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2017-12-21 09:16
给你一份资料你看下,资料也是网上下载的 1460615330-14520.pdf
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2017-12-21 11:33
@秋雨
哪位专家给看看哪里不对?我估计好像输入电压范围90-264V估计计算就可以了,但是我不需要110V供电呀,那样的话按说成本更高才对。我感觉上面的第一种设计好像是Ipk太小的缘故。或者是我的这种算法是CCM模式?而实际应该是DCM模式?
是模式的选取问题,比如第一种方法r=0.5就是深连续模式所以算出感量比较大,对于小功率反激断续模式的性价比更高取r=2就可以。
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秋雨
LV.4
8
2017-12-21 16:25
@boy59
是模式的选取问题,比如第一种方法r=0.5就是深连续模式所以算出感量比较大,对于小功率反激断续模式的性价比更高取r=2就可以。
谢谢版主!能否推荐几本书开关电源变压器计算的书?
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秋雨
LV.4
9
2017-12-21 16:26
@xiaoxiong1988
给你一份资料你看下,资料也是网上下载的1460615330-14520.pdf
谢谢!我下载看看。
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秋雨
LV.4
10
2017-12-22 08:06
@boy59
是模式的选取问题,比如第一种方法r=0.5就是深连续模式所以算出感量比较大,对于小功率反激断续模式的性价比更高取r=2就可以。

请问boy59,对于小功率电源,r=2为BCM模式吧?按照我帖子中的第一种算法,算出来Ipk=0.148A, 电感为4389uH,是不是还是偏大?这个工作在DCM模式的话,r值还能大吗?r值大于2的话,以上的计算公式还成立吗?

还有,芯片的限流点为320mA,能否把这个电流作为Ipk,根据Ipk=(1+r/2) ×ILR反推出r? 这样的话r=6.6

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2017-12-22 08:51
@秋雨
请问boy59,对于小功率电源,r=2为BCM模式吧?按照我帖子中的第一种算法,算出来Ipk=0.148A,电感为4389uH,是不是还是偏大?这个工作在DCM模式的话,r值还能大吗?r值大于2的话,以上的计算公式还成立吗?还有,芯片的限流点为320mA,能否把这个电流作为Ipk,根据Ipk=(1+r/2)×ILR反推出r?这样的话r=6.6
r>2是可行的也就是断续模式,也可以按大于5W的BCM模式设计,5W的时候自然就是断续模式了。r太大了峰值电流大效果也不好(r>2时公式是否能能直接用还没验证过)。
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YDR2009
LV.3
12
2017-12-26 19:21
@boy59
是模式的选取问题,比如第一种方法r=0.5就是深连续模式所以算出感量比较大,对于小功率反激断续模式的性价比更高取r=2就可以。
哥,,这个是5v1A。。。。。。。。还要ccm????
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YDR2009
LV.3
13
2017-12-26 19:22
你设计好发上来看看!帮你看看合理不
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