PSR原邊反馈开关电源之变压器设计.doc

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PSR原邊反馈开关电源之变压器设计

PSR原边反馈开关电源之变压器设计 目前比较流行的低成本、超小占用空间方案设计基本都是采用PSR原边反馈反激式,通过原边反馈稳压省掉电压反馈环路(TL431和光耦)和较低的EMC辐射省掉Y电容,不仅省成本而且省空间,得到很多电源工程师采用。比较是新技术,目前针对PSR原边反馈开关电源方案设计的相关讯息在行业中欠缺。 ? 下面结合实际来讲讲我对PSR原边反馈开关电源设计的“独特”方法——以实际为基础。 要求条件: 全电压输入,输出5V/1A,符合能源之星2之标准,符合IEC60950和EN55022安规及EMC标准。 因充电器为了方便携带,一般都要求小体积,所以针对5W的开关电源充电器一般都采用体积较小的EFD-15和EPC13的变压器,此类变压器按常规计算方式可能会认为CORE太小,做不到,如果现在还有人这样认为,那你就OUT了。 磁芯以确定,下面就分别讲讲采用EFD15和EPC13的变压器设计5V/1A 5W的电源变压器。 1. EFD15变压器设计 目前针对小变压器磁芯,特别是小公司基本都无从得知CORE的B/H曲线,因PSR线路对变压器漏感有所要求。 所以从对变压器作最小漏感设计入手:已知输出电流为1A,5W功率较小,所以铜线的电流密度选8A/mm2,次级铜线直径为:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。 通过测量或查询BOBBIN资料可以得知,EFD15的BOBBIN的幅宽为9.2mm。 因次级采用三重绝缘线,0.4mm的三重绝缘线实际直径为0.6mm. 为了减小漏感把次级线圈设计为1整层,次级杂数为:9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts. 因IC内部一般内置VDS耐压600~650V的MOS,考虑到漏感尖峰,需留50~100V的应力电压余量,所以反射电压需控制在100V以内,得:(Vout+VF)*n100,即:n100/(5+1),n16.6,取n=16.5,得初级匝数NP=15*16.5=247.5取NP=248,代入上式验证,(Vout+VF)*(NP/NS)100,即(5+1)*(248/15)=99.2100,成立。 确定NP=248Ts.假设:初级248Ts在BOBBIN上采用分3层来绕,因多层绕线考虑到出线间隙和次层以上不均匀,需至少留1Ts余量(间隙)。 得:初级铜线可用外径为:9.2/(248/3+1)=0.109mm,对应的实际铜线直径为0.089mm,太小(小于0.1mm不易绕制),不可取。 假设:初级248Ts在BOBBIN上采用分4层来绕,初级铜线可用外径为:9.2/(248/4+1)=0.146mm,对应的铜线直径为0.126mm,实际可用铜线直径取0.12mm。 IC的VCC电压下限一般为10~12V,考虑到至少留3V余量,取VCC电压为15V左右,得:NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts.因PSR采用NV线圈稳压,所以NV的漏感也需控制,仍然按整层设计,得:NV线径=9.2/(38+1)=0.235mm, 对应的铜线直径为0.215mm,实际可用铜线直径取0.2mm。也可采用0.1mm双线并饶。 到此,各线圈匝数就确定下来了。 下面来确定绕线顺序。 因要工作在DCM模式,且采用无Y设计,DI/DT比较大,变压器磁芯研磨气隙会产生穿透力强杂散磁通导致线圈测试涡流,影响EMC噪音,所以需先在BOBBIN上采用0.1mm直径的铜线绕满一层作为屏蔽,且引出端接NV的地线。 绕完屏蔽后,保TAPE1层;再绕初级,按以上计算的分4层绕制,完成后包TAPE 1层;为减小初次级间的分布电容对EMC的影响,再用0.1mm的线绕一层屏蔽,包TAPE 1层;再绕次级,包TAPE 1层;再绕反馈,包TAPE 2层。 可能有人会说:怎么没有计算电感量? 因前面说了,CORE的B/H不确定,所以得先从确定饱和AL值下手。把变压器CORE中柱研磨一点,然后装上以上方式绕好的线圈装机,并用示波器检测Rsenes上的波形,见下图中R5. ? 输入AC90V/50Hz,慢慢加载,观察CORE有没有饱和,如果有饱和迹象,拆下再研磨……直到负载到1.1~1.2A刚好出现一点饱和迹象,(此波形需把波形放大到满屏观察最佳)OK,拆下变压器测量电感量,此时所测得的电感量作为最大值依据,再根据厂商制造能力适当留+3%~+5%的误差范围和余量,如:测量为2mH,则取2-2*0.05=1.9mH,误差为+/-0.1mH. 现在再来验证以上参数变压器BOBBIN的绕线空间。 已知:E1和E2铜线直径为0.1mm,实际外径为0.12mm;NP铜线直径为0.12mm,实际外径为0.14mm;NS铜线直径为0.4mm,实际外径为0.6mm;TAPE采用0.025mm厚的麦拉

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