本電路設(shè)計(jì)符合先前所決定的“電源規(guī)格范例”要求。

 

電源規(guī)格范例

輸入電壓：85～264VAC

輸出：12VDC±5% / 3A 36W

輸出紋波電壓：200mVp-p

絕緣耐壓：一次側(cè)－二次側(cè)間 3kVAC

工作溫度范圍：0～50℃

效率：80%以上

無負(fù)載時(shí)輸入功率：0.1W以下

 

輸入電壓經(jīng)過濾波器，經(jīng)由全波整流器DA1和C1，進(jìn)行整流和平滑化。經(jīng)過整流的DC高電壓輸入至變壓器T1，再經(jīng)過開關(guān)用晶體管進(jìn)行開關(guān)。變壓器T1的二次側(cè)，其輸出是利用光耦合器絕緣，再反饋至AC/DC轉(zhuǎn)換器用IC的IC1。利用反饋環(huán)路控制開關(guān)晶體管Q1，并讓輸出保持穩(wěn)定。電路構(gòu)造大致如上所述。

 

其他的部件和電路將在后續(xù)段落繼續(xù)說明。

 

絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)：變壓器設(shè)計(jì)（數(shù)值計(jì)算）

 

反激式轉(zhuǎn)換器必要的變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)電源規(guī)格，算出變壓器設(shè)計(jì)上必要的數(shù)值開始。基本上利用各自的公式進(jìn)行計(jì)算。變壓器的相關(guān)設(shè)計(jì)信息，會(huì)寫在該設(shè)計(jì)所使用的IC1的BM1P061FJ的應(yīng)用備忘錄上面，設(shè)計(jì)時(shí)可以多參考看看。在這里，說明電路圖的局部放大幫助大家更容易了解內(nèi)容。整個(gè)電路請(qǐng)參照“設(shè)計(jì)范例電路”。

 

本電路圖摘錄自范例電路中的變壓器T1部分。變壓器T1除了輸入的初級(jí)繞組Np和輸出的次級(jí)繞組Ns外，還包含IC1產(chǎn)生VCC電壓的線圈Nd在內(nèi)。

 

 

變壓器T1的設(shè)計(jì)步驟

 

設(shè)計(jì)變壓器T1時(shí)的步驟所示如下。依下列順序計(jì)算出數(shù)值，并導(dǎo)出下表變壓器的參數(shù)。繞組和流動(dòng)電流的記號(hào)，請(qǐng)參照下方的變壓器簡略圖。

 

 

①反激式電壓VOR的設(shè)定

②次級(jí)繞組電感值Ls、二次側(cè)的最大電流Ispk的計(jì)算

③初級(jí)繞組電感值Lp、一次側(cè)的最大電流Ippk的計(jì)算

④變壓器尺寸的決定

⑤初級(jí)繞組數(shù)Np的計(jì)算

⑥次級(jí)繞組數(shù)Ns的計(jì)算

⑦VCC繞組數(shù)Nd的計(jì)算

 

作為變壓器T1參數(shù)導(dǎo)出值
 

 

① 反激式電壓VOR的設(shè)定

 

反激式電壓VOR數(shù)值是VO（二次側(cè)Vout加上二次側(cè)二極管D6的VF）乘上變壓器的匝數(shù)比Np：Ns。設(shè)定該反激電壓VOR，來決定匝數(shù)比Np：Ns及Duty比值。基本公式和示例如下。

 

 

例如，匝數(shù)比Np：Ns為5.385、Duty(max)將是0.424。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，Duty（max）以低于0.5較佳。如果，計(jì)算后Duty超過0.5時(shí)，請(qǐng)調(diào)整VOR。

 

如果從反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理來看，為了讓施加在初級(jí)繞組的開關(guān)用晶體管Vds，也就是VIN+VOR更加明確，而從設(shè)定反激式電壓VOR開始。另外，一開始也能夠采用例如先設(shè)定最大Duty比等其他方法。

 

關(guān)于反激式電路的工作和各電壓的詳細(xì)，請(qǐng)參考“反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路和特征”的“PWM控制反激式轉(zhuǎn)換器的工作（連續(xù)模式）”等項(xiàng)目。

 

② 次級(jí)繞組電感值Ls、二次側(cè)的最大電流Ispk的計(jì)算

 

接著，計(jì)算次級(jí)繞組電感值Ls和二次側(cè)的最大電流Ispk。以下公式成立在本范例電路為不連續(xù)模式這種條件下，相等時(shí)刻即是臨界點(diǎn)（連續(xù)模式和不連續(xù)模式的分歧點(diǎn)）。負(fù)載電流達(dá)到Iomax時(shí)也為臨界點(diǎn)。

 

考慮過負(fù)載保護(hù)點(diǎn)的余量，最大負(fù)載電流是Iout的1.2倍。Iout規(guī)格為3A，因此Iomax設(shè)定為3.6A。Vout=的規(guī)格為12V，VF和Duty使用經(jīng)由公式①計(jì)算出來的數(shù)值。

 

 

經(jīng)由上述公式，計(jì)算次級(jí)繞組電感值Ls=8.6μH，以及二次側(cè)的最大電流Ispk=12.5A。另外，也提供一次側(cè)電流波形和二次側(cè)電流波供各位參考。

 

③ 初級(jí)繞組電感值Lp、一次側(cè)的最大電流Ippk的計(jì)算

 

依照以下的公式，代人上述的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出初級(jí)繞組電感值Lp和一次側(cè)的最大電流Ippk。
 

 

在這里，計(jì)算出來的Lp將作為變壓器T1的參數(shù)導(dǎo)出值之一。

 

④ 變壓器尺寸的決定

 

變壓器鐵芯的尺寸是根據(jù)輸出功率Po（W）來決定。反激式轉(zhuǎn)換器一般輸出功率，和鐵芯尺寸之間的關(guān)聯(lián)性如下表所示。在本設(shè)計(jì)范例中Po=36W，因此鐵芯尺寸選擇EER28。

 

 

※上述數(shù)值為大略標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)向變壓器廠商確認(rèn)。

 

⑤ 初級(jí)繞組數(shù)Np的計(jì)算

 

初級(jí)繞組數(shù)Np最初的磁通密度必須設(shè)定在容許范圍內(nèi)。請(qǐng)依照下列公式計(jì)算。一般的鐵氧體鐵芯磁通密度B(T)的最大值為0.4T@100℃，所以Bsat=0.35T，代入Lp和Ippk計(jì)算初級(jí)繞組數(shù)Np。
 

 

其次，為了避免引起磁飽和現(xiàn)象，根據(jù)AL-Value-NI特性來設(shè)定Np。此時(shí)，必須要滿足Bsat的條件計(jì)算公式。

 

 

對(duì)此，Lp為249μH且繞30圈時(shí)，
 

 

經(jīng)由下方公式計(jì)算出NI值。
 

 

因?yàn)橐呀?jīng)算出AL-Value和NI，因此可以從EER28鐵芯尺寸的AL-Value-NI特性圖，確認(rèn)未超出容許范圍。如果超出范圍就必須調(diào)整Np。

 

 

⑥ 次級(jí)繞組數(shù)Ns的計(jì)算

 

在計(jì)算初級(jí)繞組之后，繼續(xù)計(jì)算次級(jí)繞組數(shù)Ns。先前已經(jīng)算出初級(jí)繞組Np為34圈，Np：Ns為5:1，將這些數(shù)值代入下列公式內(nèi)。
 

 

⑦ VCC繞組數(shù)Nd的計(jì)算

 

最后計(jì)算IC1產(chǎn)生VCC的繞組的匝數(shù)。

 

VCC為15V，從繞組開始經(jīng)由二極管D6轉(zhuǎn)換成二極管的VF，且VF_vcc為1V時(shí)，
 

 

因而，計(jì)算決定變壓器的規(guī)格的數(shù)值。最初加入依照規(guī)格表計(jì)算出來的數(shù)值后，再根據(jù)該規(guī)格來設(shè)計(jì)構(gòu)造。

 

 

 

整篇讀起來會(huì)覺得公式非常多，但其實(shí)已經(jīng)算是較為簡單的公式，請(qǐng)各位務(wù)必試著計(jì)算看看。決定大略規(guī)格后，可以在獲得IC制造廠和變壓器廠商協(xié)助之下，繼續(xù)設(shè)計(jì)變壓器。
（來源：ROHM，作者：ROHM）