利用计算机设计单片开关电源讲座

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(2)计算过程中若发现Tj>100℃,应选功率较大的TOPSwitch芯片。

[步骤11]验算IP

IP=0.9ILIMIT(min)(8)

(1)输入新的KRP值且从最小值开始迭代,直到

KRP=1.0。

(2)检查IP值是否符合要求。

(3)迭代KRP=1.0或IP=0.9ILIMIT(min)。

[步骤12]计算初级电感量LPLP=·(9)

式中:LP的单位取μH。

[步骤13]选择磁芯与骨架并确定相关参数

从厂家提供的磁芯数据表中查出适合该输出功率的磁芯型号,以及有效截面积(SJ)、有效磁路长度(l)、等效电感(AL)、骨架宽度(b)等参数值。

[步骤14]设定初级层数d和次级匝数NS的初始值

设定d=2层。当U=85V~265V时取NS=0.6匝;再用迭代法计算NS;亦可根据次级每伏匝数和UF1值,直接计算NS值(参见步骤15)。

在步骤15至步骤22中必须确定高频变压器的9个主要参数:初级电感量LP,磁芯气隙宽度δ,初级匝数NP,次级匝数NS,反馈绕组匝数NF,初级裸导线直径DPm,初级导线外径DPM,次级裸导线直径DSm和次级导线外径DSM。上述参数中,除LP可直接用公式单独计算外,其余参数都是互相关联的,因此通常从次级匝数开始计算。另外鉴于反馈绕组上的电流很小(一般小于10mA),对其线径要求不严,因此不需计算导线的内、外直径。

[步骤15]计算次级匝数NS

对于230V或宽范围输入应取0.6匝/V,现已知UO=7.5V,考虑到在次级肖特基整流管上还有0.4V的正向压降UF1,因此次级匝数为(UO+UF1)×0.6=4.74匝。由于次级绕组上还存在导线电阻,也会形成压降,实取NS=5匝。下面就以该数据作为初始值分别计算其余7个参数。

[步骤16]计算初级匝数NPNP=NS×(10)

将UOR=85V,UO=7.5V,UF1=0.4V,NS=5匝一同代入式(10),计算出NP=53.8匝。实取54匝。

[步骤17]计算反馈绕组匝数NFNF=NS×(11)

将NS=5匝,UFB=10.4V,UF2=0.7V,UO=7.5V,UF1=0.4V代入式(11),计算出NF=7.03匝。实取7匝。

[步骤18]根据初级层数d、骨架宽度b和安全边距M,计算有效骨架宽度bE(单位是mm)

bE=d(b-2M)(12)

将d=2,b=8.43mm,M=0代入式(12),求得bE=16.86mm。

再计算初级导线的外径(带绝缘层)DPMDPM=(13)

将bE=16.86,NP=54匝代入式(13),求得DPM=0.31mm。扣除漆皮后裸导线的内径DPm=0.26mm。

[步骤19]验证初级导线的电流密度J是否满足初级有效值电流IRMS=0.32A之条件J==(14)

将DPm=0.26mm、IRMS=0.32A代入式(14),得到J=6.06A/mm2。电子数据表格中实取6.17A/mm2。

若J>10A/mm2,应选较粗的导线和较大的磁芯骨架,使J<10A/mm2。若J<4A/mm2,应选较细的导线和较小的磁芯骨架,使J>4A/mm2;亦可适当增加NP的匝数。

[步骤20]计算磁芯中的最大磁通密度BMBM=(15)

将IP=0.74A,LP=623μH,NP=54匝,磁芯有效横截面积SJ=0.41cm2代入式(15),计算出BM=0.2082T。电子数据表中实取0.2085T。

需要指出,若BM>0.3T,则需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数,使BM在0.2~0.3T范围之内。如BM<0.2T,就应选择较小的磁芯或减小NP值。

[步骤21]计算磁芯的气隙宽度δδ=40πSJ(16)

式中δ的单位是mm。将SJ=0.41cm2,NP=54匝,LP=623μH,磁芯不留间隙时的等效电感AL=2.4μH/匝2代入式(16),计算出δ=0.22mm。气隙δ应加在磁芯的磁路中心处,要求δ≥0.051mm。若δ小于此值,需增大磁芯尺寸或者增加NP值。

[步骤22]计算留有气隙时磁芯的等效电感ALGALG=(17)

将LP=623μH,NP=54匝,代入式(17),得到ALG=0.214μH/匝2。电子数据表中实取0.215μH/匝2。