正激变压器的设计

本文以一个13.8V 20A的汽车铅酸电池充电器变压器计算过程为例，来说明正激变压器的计算过程

1、相關規格参数（SPEC）:

INPUT:AC 180V~260V 50Hz

OUTPUT:DC 13.8V (Uomax=14.7V) 20A

Pout:274W (Pomax=294W)

η≧80%, fs: 60KHZ;

主电路拓扑采用单管正激自冷散热

2、選擇core材質.決定△B

选择PC40材质Core，考虑到是自冷散热的方式，取ΔB＝0.20T

3、確定core AP值.決定core規格型號.

AP=AW×Ae=(Ps×10⁴)/(2×ΔB×fs×J×Ku)

Ps :變壓器傳遞視在功率( W) Ps=Po/η+Po(正激式)

Ps=294/0.8+294＝661.5W

J :電流密度( A) .取400 A/cm²

Ku:銅窗占用系數.取0.2

AP=(661.5×10⁴)/(2×0.20×60×10³×400×0.2)≈3.4453cm²

選用CORE ER42/15 PC40．其參數為:

AP=4.3262cm⁴ Ae=194 mm²Aw=223mm² Ve=19163mm³

AL=4690±25% Pt=433W (100KHz 25℃)

4、計算Np Ns.

(1).計算匝比n = Np /Ns 設Dmax= 0.4

n = Np / Ns = Vi / Vo = [Vin(min)×Dmax]/ (Vo+Vf)

Vf :二极管正向壓降取1V

Vin(min)=180×0.9×√2-20=209 VDC

Vin(max)=260×√2=370VDC

n=(209*0.4)/(13.8+0.7)=5.766取5.5

CHECK Dmax

Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)= 5.5

(13.8+1)/209=0.3868≈0.387

Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)= 5.5

(13.8+1) /370=0.218

(2).計算Np

Np=Vin(min)×ton/(ΔB×Ae)

Ton：MOS管导通时间 ton= Dmax/ fs＝0.387/60×10³＝6.33uS

Np = (209×6.33)/( 0.20×194)=34.1取34TS

(3).計算Ns

Ns = Np / n = 34÷5.5＝6.18取整为6 TS

(4). CHECK Np（以Ns驗算Np)

Np = Ns×n = 6×5 .5=33TS 取Np = 33TS

(5).確定N_R

N_R= Np= 33TS

(6). CHECKΔB之選擇合理性.

ΔB=[Vin(min)×Dmax×Ts]/ (Np×Ae)

=(209×6.33)/ (33×194)=0.2067T5、計算线径：

(1).求初級線徑dwp：

Ip = Pi / VL = Po / (η×Dmax×VIN) =294/(0.80×0.38×209) = 4.63 A

Iprms= Ip×√D =4.63×√0.38 = 2.854A

Awp = I/J = 2.854/5 = 0.571mm²

dwp=√(4Awp/π)＝√(4×0.571/3.14)=0.853mm

Φ0.9mm orΦ0.55mm×4

(2).求N_R繞組線徑dw_R.

N_R=33TSL = N²×AL

L = 33²×4690×0.75 = 3.83mH

Im = Vin(min)×ton / L = (209×6.33) / (3.83×10³)≈0.345A

AWN = 0.345 / 5 = 0.0691mm²

dwN=√(4×0.0691/3.14) =0.235mm取Φ0.28mm

(3).求繞組Ns之線徑dws

Isrms=16×√0.35=9.47A(设计输出电流最大为16A)

Aws= I / J＝9.47÷5＝1.9mm²

查ER42/15 BOBBIN幅寬27.5mm±0.3mm.考虑扣除挡墙約6mm,則有

27.5 - 6=21.5mm之可繞寬度,預留適當空間(1.5mm)，W＝20mm

則:

dws=√(4Aws/π)＝√(4×1.9/3.14)= 1.56mm

选用Φ0.40mm×16

6、计算副边输出储能电感的感量

Lo=Vo×(1-Dmin)÷(0.2×Io×Fs)

=13.7×（1-0.218）÷（0.2×20×60×10³）

=10.7134÷（240×10³）

=45μH