手机充电器设计变压器.docx

第三章 变压器设计
RCC变换器关键设计就是开关变压器设计，许多书上均有简介，不过不太实际，讲得比较繁琐和抽象，此章我也会先讲理论，再讲怎样简化开关变压器设计，使设计更贴近现实。
第一节 开关变压器设计理论
下面我们以输出功率为5瓦如下开关电源为例，讲解一下开关变压器设计。
1 电气规定：
1． 输入电压：AC 90-264V/50-60HZ
2． 输出电压：5±0.2 V
3． 输出电流：1A
2 设计流程简介：
2.1 线路图如下：

阐明：
W1，W3是做屏蔽用，对EMI有作用；
Np是初级线圈(主线圈)；
Nb是辅助线圈；
Ns次级线圈（二次侧圈数）。
2.2 变压器计算:
2.2.1 变压器参数阐明:
根据变压器计算公式

Ø B(max) = 铁心饱合磁通密度(Gauss)
Ø Lp = 一次侧电感值(uH)
Ø Ip = 一次侧峰值电流(A)
Ø Np = 一次侧(主线圈)圈数
Ø Ae = 铁心截面积(cm2)
Ø B(max) 依铁心材质及自身温度来决定，以浙江东磁企业DMR40为例，100℃时B(max)为4000 Gauss，设计时应考虑零件误差，因此一般取3000~3600 Gauss之间，若所设计power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右，以防止铁心因高温而饱合，一般而言铁心尺寸越大，Ae越高，因此可以做较大瓦数Power。
2.2.2 决定占空比:
由如下公式可决定占空比 ，占空比设计一般以50%为基准，占空比若超过50%易导致振荡发生。

Ø NS = 二次侧圈数
Ø NP = 一次侧圈数
Ø Vo = 输出电压
Ø VD= 二极管顺向电压
Ø Vin(min) = 滤波电容上最小电压值
Ø D =占空比
2.2.3 决定Pout，Ip，Lp，Nps，Np，Ns值:
Pout=V2 x Iout x 120%
V2=Vout + Vd + Vt

由于I1p是峰峰值，如下图：

因此
Lp=
简化后
Lp=

Ø Ip = 一次侧峰值电流
Ø I1p = 一次侧尖峰电流值
Ø Pout = 输出瓦数
Ø Vd=开关二级关正向压降一般为0.55V
Ø Vt=输出滤波线圈压降，一般取0.2V
Ø 开关变压器转换效率
Ø PWM震荡频率
Ø Nps次级与初级匝比
Ø Np初级线圈圈数，Ns次级线圈圈数
2.2.4 决定变压器线径及线数:
当变压器决定后，变压器Bobbin即可决定，根据Bobbin槽宽，可决定变压器线径及线数，亦可计算出线径电流密度，电流密度一般以6A/mm2为参照，电流密度对变压器设计而言，只能当做参照值，最终应以温升记录为准。
2.2.5 决定辅助电源圈数:
根据变压器圈比关系，可决定辅助电源圈数及电压。
2.2.6 变压器计算:
² 输出瓦数10W(5V/2A)，Core = EE-19，可绕面积(槽宽)=57mm，Margin Tape = 2.8mm(每边)，剩余可绕面积=4.4mm，Ae=52
² 假设fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，=0.7，
² 计算式:
l 决定占空比:
假定D=0.48，f=45k
l 计算Pout，Ip，Lp值:
V2=Vout + Vd + Vt
=5+0.55+0.2=5.75
Pout=V2 x Iout x 120%
=5.75 x 2 x 1.2 =13.8W

==0.69A

= 0.69/2.4=0.30A
Lp=
==1.6mH

=5.75/100=0.058

==4.1取5圈
Np=5/0.058=88圈
辅助线圈电压为10V，则权数为
Nw4=10/100 x 88=9圈
l 变压器材质及尺寸:
² 由以上假设可知材质MBR40，尺寸=EE-19，Ae=0.52cm2，可绕面积(槽宽)=12mm，因Margin Tape使用2.8mm，因此剩余可绕面积9.2mm.
l 决定变压器线径及线数:
=0.69A
= 0.69/2.4=0.30A
² 假设NP使用0.32ψ线
电流密度=
可绕圈数=
² 假设Secondary使用0.35ψ线
电流密度=
² 假设使用4P，则
电流密度=
可绕圈数=
2.2.7 设计验证
将所得资料代入〈 0.3T公式中，如此可得出B(max)，若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整。

=1.6 x 0.69/(88 x 52) x 100
=0.28T<0.3T设计通过
第二节 开关变压器简易设计
其实开关变压器设计是可以简化，重要靠经验来做调整，先用理论来设计样品，安装好后进行调试，根据实际状况再来调整变压器参数，设计产品多了，设计就会愈加简朴了，下面表格就是笔者设计变压器常用计算公式，所有变压器参数都已经设定好了，只要输入蓝色字体参数就可以得出变压器各项电气参数，这样大大简化了变压器设计，红色字体是公式中自动计算，初学者不能进行更改，下面我来讲解一下参数输入设定：
1． 将你所要设计开关电源输出参数输入表格，此表中列出了4个输出参数，分别为电压输出1，电流输出1；电压输出2，电流输出2；电压输出3，电流输出3；电压输出4，电流输出4；
2． 输入你所用磁芯特性参数：有效磁芯截面积，有效磁路长度，初始磁导率，这三个参数是磁芯关键参数，一定要根据磁芯厂家提供数据进行确定；
3． 其他参数我已经在表中列好了，可以不作更改即可，需要注意是当计算出来最大磁通密度不小于磁芯规格书中B值时（100摄氏度），应重新更改气隙长度再计算，直到计算出来最大磁通密度不不小于磁芯规格书中B值为止；
4． 此外，计算出来初级线圈匝数是可以调整，调整比为±10%左右，此时对应电感和B值都会发生变化，通过反复调整即可到达理想值；
5． 辅助绕组与初级绕组比一般为1：10，假如太小，会影响驱动能力，太大有会影响输出效率和静态功耗，初学者应根据实际调试成果再确定；
6． 此计算表格源文献是EXCEL表格，需要人士敬请参照我们网站中下载中心规定，谢谢！