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RCC开关电源设计3RCC开关电源变压器设计及计算

RCC开关电源设计3RCC开关电源变压器设计及计算 

一.求一次线圈NP匝数
变压器的设计方式,最先求一次线圈的圈数(匝数 T)
依RCC的设计方式,图10为铁心(磁体 CORE)的B-H曲线,±Bm之点为饱和点,此点的磁通密度称为饱和磁通密度。

  图10 磁 B-H曲线               图11 B-H曲线的温度特性     图12  Il的电流波形
一次绕组的求解公式如下:
tON:最大值为T/2 VIN:P1线圈的电压
     B:磁体的磁通密度 A:磁体的有效截面积
若磁体的材质为ferrite 磁体,如图11,温度的变化,使最大的磁束磁通密度Bm产生变化,也就是说,依实际的工作条件的Bm特性求得,在100℃的Bm为3500~4000(Gauss 高斯),范围很小,大约用20~30%的值,去估计使用。若在过流状态下,tON会很大,磁体仍在此范围内,此过度状态是因磁体未达到饱和的缘故。
 
二.电感值的计算:
当输入电压VIN最小的占空比用1/2法去设计时,Il像(图12般)的碎波,输出功率为PO,功率转换效率为η,一次侧电流的平均值为Il(ave),最大值为Ilp,

一次绕组的电感LP为
  
三.其它线圈的计算
二次电流的峰值(peak) I2P,对于输出电流IO的关系如下:

二次绕组的电感量LS为:

如果这里tON=tOFF=2/T的条件,则2次绕组的圈数为:下式中VF为二次整流二极管的正向压降,其中VS=VO+VF 

求解得 

开关管基极驱动绕组NP2的计算:
因Tr1的VEB条件:

以上各绕组匝数已经决定,输出侧因线路电压降(line drop)的发生,实际的圈数有必要比以上值稍多.
 因实际磁导率的关系,必须加入气隙(Gap)
RCC方式的变压器,在求一次侧匝数时,磁通密度为必要的条件,即以上的计算方式,较电感的实际值,通常要大一些.在固定的输出功率下,振荡频率f太低的结果,会导致磁饱和.因此,当磁体的实际导磁下降时,电感值非减到必要值不可,用实际的EE、EI磁体,则像图13一样,插入气隙(Gap). 

图13 气隙的描述
 
气隙的求法如下:

这里要求的Lg为磁回路内合计的气隙的厚度,故中心孔(center Hole)与外部两地方,同时把距离(space)插入,也就是说气隙纸的厚度为Lg/2.
气隙纸的材质,只要是绝缘的物质就可以,这种纸,因温度的关系,厚度会改变,通常一Mylar纸或bakelite板来使用。(垫纸在低频时有可能出现噪声,稳定性也不是很理想。采用磨的方法比较好,但是磨的话在变压器工艺上会比垫纸困难。)

四.变压器绕线结构
变压器会因为线圈的绕线方式而在特性上有很大的差别,特别是一次绕组NP1和二次绕组NP2间的结合度,非注意不可。
结合度是一次绕组所发生的磁束,比起2次侧线圈来诱导时,没有被诱导的部分称为磁漏(leakage flux)(这句就是我们所说的漏感,即由于初、次级间,匝与匝之间,磁通不能完全偶合而出现的漏感。)
要使结合度上升,对于绕组的结构,有下列两点必须注意。
⑴ 各绕组要绕满
圈数若少的话,只绕一半时,可将每圈都把间隔加大,或把线径减小,2~3条线一起绕也有效,如图14。
 

图14         图15
⑵如图15,三明治的多层分割绕法。
绕组的顺序为:最初从一次绕组NP1绕起,其次是2次绕组NS,普通最后由基本绕组完成。在此,则由一次绕组NP1再绕一次,与底层的NP1并列,再接在一起。
其他绕组:用NP1和NP、夹着之故,一次绕组及其他绕组间的结合度就回提高。
 
漏感电感的影响
变压器要完全100%偶合是不可能的,尤其是RCC方式,因设有很大的气隙,漏感必然增加。如图16所示,T型等效回路的Le1,Le2的漏感就产生了。 

图16
当一次与2次电流流动时,能量就开始积蓄,若其他的绕组未偶合的话,一次侧的能量就无法完全转移到2次侧,则变压器在Tr1截止的瞬间会发生很大的逆电压,与Tr1的集电极电压叠加在一起。
 
抑制逆电压的吸收(snabber)电路 

图17
图17中,在NP1绕组两端,加入由二极管,电容构成的电路。
漏感 电感Le1积蓄的能量为P1,振荡频率为f,
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