• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

【原创】单级PFC高频变压器设计

 自己总结了一下单级PFC高频变压器的设计,希望需要的朋友一起学习,进步。

单级PFC高频变压器设计 

 随着LED照明的应用越来越普及,对LED电源的需求也越来越大,由于LED照明电源要求:民用照明PF值必需大于0.7,商业照明必需大于0.9。对于10~70WLED驱动电源,一般采用单级PFC来设计。即节省空间又节约成本。接下来我们来探讨一下单级PFC高频变压器设计。

     以一个60W的实例来进行讲解:

 

     按功率来选择磁芯,根据以下公式:

                                                    Po=100*Fs*Ve

Po:输出功率;100:常数;Fs:开关频率;Ve:磁芯体积。

   

PQ3230Ve值为11970.00mmm,这里由于是调频方式工作。完全可以满足需求。可以代入公式去看看实际需要的工作频率为:51295Hz

 

以满足需求。可以代入公式去看看实际需要的工作频率为:51295Hz

第二步:计算初级电感量。

        最小直流输入电压:VDmin=176*1.414=249V

最大直流输入电压:VDmax=265*1.414=375V

最大输入功率:Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W(设计变压器时稍微取得比总效率高一点)。

最大占空比的选择: 宽电压一般选择小于0.5,窄电压一般选择在0.3左右。考虑到MOS管的耐压,一般不要选择大于0.5 220V供电时选择0.3比较合适。在这里选择:Dmax=0.327

最大输入电流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A

最大输入峰值电流:Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A

MOS管最大峰值电流:Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A

 

第三步:计算初级匝数NP

        查磁芯资料,PQ3230AL值为:5140nH/N^2,在设计反激变压器时,要留一定的气息。选择小于0.1倍的AL值比较合适。在这里AL我们取:

         

                        AL=260nH/N^2

        则: NP =(500/0.26)^0.5=44

第四步:次级匝数NS

          VOR=VDmin*Dmax/1- Dmax

              =176*0.327/1-0.327=85.5

           匝比n=VOR/Vo=85.5/48=1.78

  NS=NP/n=44/1.78=25

第五步:计算辅助绕组NA

      查看ICdatasheet,知道VCC11.5~30V。在这选16V

        NA=NS/Vo*VCC=25/48/16=8.33  9

NS修正取:26.

 

 总结

      通过样品的测试,实验结果为:整机效率0.88PF值:176V0.989

220V0.984265V0.975。变压器温升25K。在整个变压器设计过程中。简化了一些东西。比如二极管的压降。对比一下,与一般反激式的变压器有点一致。只是由于整流桥后没有接大容量的电解电容。实际的直流最低电压没有1.414倍。

不足之处还请各位读者指正。

 

 

 

全部回复(268)
正序查看
倒序查看
bett
LV.7
2
2010-07-30 13:11

没有做过,不过支持一下。

0
回复
2010-07-30 13:51
  感谢pin0208把自己的经验分享给大家~
0
回复
子乐1
LV.5
4
2010-07-30 14:40

不错呀 学习中! 实践出真知呀!

0
回复
machi518
LV.4
5
2010-07-31 12:10
 

大哥,这个地方怎么弄的啊?电感系数不是应该是2600nH/N2,转换过去不是2.6uH/N2吗?

你的怎么用的0.26nH/N2啊?

0
回复
led风
LV.6
6
2010-08-01 08:28
@machi518
[图片] 大哥,这个地方怎么弄的啊?电感系数不是应该是2600nH/N2,转换过去不是2.6uH/N2吗?你的怎么用的0.26nH/N2啊?
谢谢,我参考了。
0
回复
2010-08-02 22:42

支持,,,

0
回复
wqgme88
LV.3
8
2010-08-03 09:57

近期大家都在说单级PFC,而我给大家送上一瓢凉水。

单级看上去很美,但在安规上存在很大漏洞,当初设计PFC时没有考虑单独做成电源时的情况,没有PWM的OVP,OCP,OPP保护,做成隔离式包括光耦,输出肖特基(快恢复)都是原PFC电路的一部分,是一个整体。

我看了很多工程师设计的单级PFC电路,如果做大单会存在后级恒流问题,因为当设计LM358,AP4310,101AC这些IC时包括供电和比较器输入输出口是纯直流的状况,现在是大纹波的电压,使这些IC存在误差,引起部分恒流IC无缘无故的故障。

另外用电子负载测试是去除纹波后的直流部分,而在带LED测试时,由于LED是二极体产生整流效应,使实际电流纯电流部分偏大,这是很大的纹波电流引起的。后来我一直有一个想法,LED电流中纹波电流部分对LED有没有直接影响?这需要实验。

0
回复
pin0208
LV.7
9
2010-08-03 17:05
@wqgme88
近期大家都在说单级PFC,而我给大家送上一瓢凉水。单级看上去很美,但在安规上存在很大漏洞,当初设计PFC时没有考虑单独做成电源时的情况,没有PWM的OVP,OCP,OPP保护,做成隔离式包括光耦,输出肖特基(快恢复)都是原PFC电路的一部分,是一个整体。我看了很多工程师设计的单级PFC电路,如果做大单会存在后级恒流问题,因为当设计LM358,AP4310,101AC这些IC时包括供电和比较器输入输出口是纯直流的状况,现在是大纹波的电压,使这些IC存在误差,引起部分恒流IC无缘无故的故障。另外用电子负载测试是去除纹波后的直流部分,而在带LED测试时,由于LED是二极体产生整流效应,使实际电流纯电流部分偏大,这是很大的纹波电流引起的。后来我一直有一个想法,LED电流中纹波电流部分对LED有没有直接影响?这需要实验。

呵呵,什么东西都不是完美的,就看你怎么去做了。没有的东西可以加上。

0
回复
pin0208
LV.7
10
2010-08-04 14:25
@pin0208
呵呵,什么东西都不是完美的,就看你怎么去做了。没有的东西可以加上。

哎呀!自己顶起哦,要沉底了。

0
回复
xiaorunyi
LV.2
11
2010-08-06 21:33
谢谢您的经验
0
回复
tomkingwang
LV.4
12
2010-08-06 21:42

现在做这事的人而不多了,

多谢楼主,更希望大家共勉之!

0
回复
zh88ha
LV.5
13
2010-08-18 10:43
不错 不错!  不过单级PFC和两级式相比还是差不少的!
0
回复
jiangjun_r
LV.2
14
2010-08-18 13:37
支持
0
回复
2010-08-18 13:47
**此帖已被管理员删除**
0
回复
pin0208
LV.7
16
2010-08-18 13:55
@machi518
[图片] 大哥,这个地方怎么弄的啊?电感系数不是应该是2600nH/N2,转换过去不是2.6uH/N2吗?你的怎么用的0.26nH/N2啊?

错了,你真细心!

0
回复
pin0208
LV.7
17
2010-08-18 13:57
@玻璃杯2010
**此帖已被管理员删除**
你这个是什么啊?怎么是广告呢?
0
回复
zh88ha
LV.5
18
2010-08-18 13:59
@pin0208
你这个是什么啊?怎么是广告呢?
这年头还有广告不入的空吗? 哈哈
0
回复
pin0208
LV.7
19
2010-08-18 14:08
@machi518
[图片] 大哥,这个地方怎么弄的啊?电感系数不是应该是2600nH/N2,转换过去不是2.6uH/N2吗?你的怎么用的0.26nH/N2啊?
取0.06倍,0.6倍的话基本没有什么气隙,无法生产。AL=0.26uH/N^2.一般都要取到0.1以下的。不然气隙太小了,没有办法批量生产。
0
回复
pin0208
LV.7
20
2010-08-18 14:10
@zh88ha
这年头还有广告不入的空吗?哈哈

呵呵,是哦,再没有净土了!

0
回复
zh88ha
LV.5
21
2010-08-18 14:41
@pin0208
呵呵,是哦,再没有净土了!
有净土在心中! 心中无广告
0
回复
home222222
LV.6
22
2010-08-21 09:05
关健是你没有做过单极PFC的电源量产!有很多问题只有从设计到样机再到小批才能发现问题!
0
回复
home222222
LV.6
23
2010-08-21 09:14
@wqgme88
近期大家都在说单级PFC,而我给大家送上一瓢凉水。单级看上去很美,但在安规上存在很大漏洞,当初设计PFC时没有考虑单独做成电源时的情况,没有PWM的OVP,OCP,OPP保护,做成隔离式包括光耦,输出肖特基(快恢复)都是原PFC电路的一部分,是一个整体。我看了很多工程师设计的单级PFC电路,如果做大单会存在后级恒流问题,因为当设计LM358,AP4310,101AC这些IC时包括供电和比较器输入输出口是纯直流的状况,现在是大纹波的电压,使这些IC存在误差,引起部分恒流IC无缘无故的故障。另外用电子负载测试是去除纹波后的直流部分,而在带LED测试时,由于LED是二极体产生整流效应,使实际电流纯电流部分偏大,这是很大的纹波电流引起的。后来我一直有一个想法,LED电流中纹波电流部分对LED有没有直接影响?这需要实验。
应该说现在很多出来的芯片都有这些功能,如果没有的话也是可以用外围电路来做的,也不是很复杂的!关健是这种电源相对于普通的反激式还是有一定的区别的,所以相对来说不好做,做的好的电源也不多,但确实是有!这可能对工程师的理论和模电的要求更高一些!
0
回复
pin0208
LV.7
24
2010-09-02 16:53
@home222222
关健是你没有做过单极PFC的电源量产!有很多问题只有从设计到样机再到小批才能发现问题!

我们生产了1.2K,10个不良品。为PCB板短路和变压器开路造成的。

0
回复
aven
LV.2
25
2010-09-08 16:18

第三步:计算初级匝数NP

        查磁芯资料,PQ3230AL值为:5140nH/N^2,在设计反激变压器时,要留一定的气息。选择小于0.1倍的AL值比较合适。在这里AL我们取:

         

                        AL=260nH/N^2

        则: NP =(500/0.26)^0.5=44

 

请问计算所有的变压器NP的时候AL都取0.06呢???????????????????

0
回复
pin0208
LV.7
26
2010-09-09 18:12
@aven
第三步:计算初级匝数NP:       查磁芯资料,PQ3230的AL值为:5140nH/N^2,在设计反激变压器时,要留一定的气息。选择小于0.1倍的AL值比较合适。在这里AL我们取:                                AL=260nH/N^2       则:NP=(500/0.26)^0.5=44 请问计算所有的变压器NP的时候AL都取0.06呢???????????????????

请看19贴。谢谢!要综合考虑到线经大小等等的。不过对于反激电源的变压器来说,气隙大点有两个好处(前提是在线经满足要求的情况下。):

1、气隙大点更不容易进入饱和。

2、气隙大点比较好生产,在批量生产时,一致性比较好。推荐的气隙大小是大于0.3mm。

要做到0.3mm以上,实际AL值一般在理论值的0.1倍以下了。

又是一位爱学习的同僚。

0
回复
aven
LV.2
27
2010-09-10 10:03
@pin0208
请看19贴。谢谢!要综合考虑到线经大小等等的。不过对于反激电源的变压器来说,气隙大点有两个好处(前提是在线经满足要求的情况下。):1、气隙大点更不容易进入饱和。2、气隙大点比较好生产,在批量生产时,一致性比较好。推荐的气隙大小是大于0.3mm。要做到0.3mm以上,实际AL值一般在理论值的0.1倍以下了。又是一位爱学习的同僚。
我还是不明白AL跟气隙的关系方程式,还有气隙是怎么计算出来的,气隙要在什么条件出来的结果是最佳的。多谢楼主!
0
回复
pin0208
LV.7
28
2010-09-10 12:29
@aven
我还是不明白AL跟气隙的关系方程式,还有气隙是怎么计算出来的,气隙要在什么条件出来的结果是最佳的。多谢楼主!

呵呵,我是一般凭经验的,一开始做电源时会去算算,后来就凭经验了,实践才是唯一的真理,做变压器样品时,一般提供一个不含浸再自己调调,调到温升和效率最好的点就好了。(比较笨吧!但是做起来比较好用哦),计算只是作为指导而已。(特别是电感量,匝比要按算得来噢。)你要想学的话就看看《返馳式變壓器設計原理》,电源网有得下载的。

lg = 0.4π*Lp*Ipp / (ΔB*Ae) = Np2*μo*Ae / Lp

0
回复
lxmpanther
LV.5
29
2010-09-10 13:05

初级对次级是不是高了点啊、

0
回复
pin0208
LV.7
30
2010-09-10 13:09
@lxmpanther
初级对次级是不是高了点啊、
44/26=1.7  VOR=48*1.7=81.2V   最大占空比     81.2/(81.2+85)=0.488,用的是800V的MOSFET,有什么问题吗?个人认为VOR取75-85V是比较合适的。
0
回复
aven
LV.2
31
2010-09-10 15:10
@pin0208
呵呵,我是一般凭经验的,一开始做电源时会去算算,后来就凭经验了,实践才是唯一的真理,做变压器样品时,一般提供一个不含浸再自己调调,调到温升和效率最好的点就好了。(比较笨吧!但是做起来比较好用哦),计算只是作为指导而已。(特别是电感量,匝比要按算得来噢。)你要想学的话就看看《返馳式變壓器設計原理》,电源网有得下载的。lg=0.4π*Lp*Ipp/(ΔB*Ae)=Np2*μo*Ae/Lp

lg = 0.4π*Lp*Ipp / (ΔB*Ae) 中Ipp应该是平方吧,ΔB的值怎么取呢?

Np2*μo*Ae / Lp中Np2是次极的匝数吧,μo值怎么取呢?

有劳楼主了。

0
回复