反激变压器.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流反激变压器反激变压器编号RAB017-01页码/ 上位文件名变压器电感线圈设计步骤编号RAB017目 次基本设计步骤P 2初期设定P 2动作频率fkHz 设定 P 2动作输入电压 設定P 2最大输出电流 設定P 2最大二次卷线端输出电压 設定P 3一次电流倾斜率 設定P 3最大导通角设定P 3最大磁束密度 設定P 4卷线电流密度I/S P 4变压器特性设计P 5一次卷线电流峰值电流算出P 5一次二次卷线比算出P 5一次卷线电感量算出 P 5变压器构造设计P 6一次卷线实效电流 算出P 6二次卷线实效电流 算出P 7卷线构造磁芯尺寸形状气隙宽选择 P 8暂时决定磁芯形状尺寸材料 P 11算出气隙宽（Al_value）一次侧卷线卷数线径 P 13磁芯损失 算出P 16算出二次侧卷线卷数线径P 16半导体元器件耐压 算出P 17开关元器件耐压P 17整流元器件耐压P 18应用设计例P 18初期设定P 19最大二次卷线端输出电压设定P 19动作输入电压设定P 19最大输出电流 设定P 20动作频率 設定P 20变压器特性构造设计检证P 20变压器卷线比设计P 20变压器卷线构造设计P 21二次输出卷线线径卷线 設計P 21气隙宽 设计磁束密度检证P 23磁芯损失检证P 24二次输出卷线 检证P 25一次侧输入卷线线径卷数 设计P 26Vcc卷线屏蔽卷线线径卷数 設計 P 27设计结果P 28改訂履歴REV年月日内容作成承認12002.10.25新規作成征矢伏見文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 基本设计步骤基本设计步骤适应于变压器尺寸中有余量的情况下。能够设计在效率、噪音等方面最合适的变压器。 初期设定（基本设计步骤）在初期设定前设定以下的参数。动作频率fkHz动作输入电压最大输出电流最大二次卷线输出电压VN2maxV一次电流倾斜率K最大导通角max最大磁束密度BmaxmT卷线电流密度I/SA/mm2动作频率fkHz 设定（基本设计步骤初期设定）一般为从50kHz到75kHz。动作频率上升的话，磁束密度将会出现余量、因此可以减少磁芯的尺寸。相反，动作频率下降的话，可以减少开关元器件、整流元器件的损失。对于磁芯的损失、不能说是在哪一方面变动。它是因总磁束数的降低而减少量和因动作频率上升而增加量。对于要接受EMI规格适用的产品，不要设定在150kHz（预计余量的话120kHz左右）以上。设定在75Hz（预计余量的话65kHz左右）以下的话，更好。动作输入电压 设定（基本设计步骤初期设定）对于瞬时最低输入电压连接最低输入电压最大输入电压的3种类，进行设定。項目内容瞬时最低输入电压Vinmin1V考虑了停电保持的最低DC输入电压。为设计的基准。连接最低输入电压Vinmin2V仕样上的最低AC输入电压×1.2倍。用于算出卷线的电流容量。最大输入电压VinmaxV仕样上的最大AC输入电压×1.414倍。用于开关元器件整流元器件的耐电压算出。最大输出电流 设定（基本设计步骤初期设定）对于过电流保护最大输出电流连接最大输出电流峰值最大输出电流（在仕样上有规定的情况下）3种类，进行设定。另外，在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 最大出力電流 設定项目内容过电流保护最大输出电流Io max1A考虑了偏差的最大电流×余量1.11.2。连接最大输出电流Io max2A定格输出电流×余量1.11.2。为设计的基准。但是，在有峰值最大电流的情况下，只将峰值最大电流作为设计基准使用。连接最大电流只用于算出卷线的电流容量。峰值最大输出电流I o peakA峰值最大电流×余量1.11.2。为设计的基准。最大二次卷线端输出电压 设定（基本设计步骤初期设定）用以下公式算出。最大二次卷线端输出电压VN2maxV接插件端输出电压线间损失0.10.5V整流元器件Vf 0.40.6V 在有输出电压可变的情况下，根据客户要求仕样的内容不同，适用的范围而各不相同。（使用率条件是定格时和同样的缓和？还是保证到异常时的动作为止等？）。客先要求仕样内容只保证输出电压只在装置试验时电压可变的情况下。磁芯用最大输出电压来设计。卷线是用定格输出电压来设计。保证所有的性能在实使用条件下恒常的电压可变的情况下。磁芯、卷线都有最大输出电压来设计。一次电流倾斜率 设定（基本设计步骤初期设定） I1a I1b図一次电流波形输入电压，瞬时最低动作电压、输出电流，在过电流保护最大输出电流连接最大输出电流峰值最大输出电流的任意一个最大输出电流的条件下，设定图1的一次电流波形的倾斜率。K的设定公式如下。设计的要点： 在控制开关元器件的损失时，将一次电流波形靠近矩形波会比较好。但是，由于电感量上升，变压器的形状将会变大。作为目标，设定到0.50.6，兼顾到之后的其它特性，作最适当的变更。最大导通角设定（基本设计步骤初期设定）一般设定为0.450.65。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 最大導通角設定设计的要点：单一输入的情况下设定为0.45、普遍输入的情况下设定为0.65左右。 最大导通角的设定，对开关元器件、整流元器件施加耐压方面会造成影响，因此要进行适当的设定。加宽最大导通角的话，开关元器件的耐压将会上升，缩小最大寻通角的话，整流元器件的耐压将会上升。 设定到考虑了控制IC保证的最大导通角（外部设定时，其设定值）的偏差的最小值×0.9以下。最大磁束密度 設定（基本設計步骤初期設定）设定为磁芯的产品目录上所记载的饱和磁束密度×0.80.9。図 PC44 B-H温度特性图中表示了TDK制的磁珠磁芯PC44的B-H曲线图。磁芯的磁束密度BT，如图所示，与起磁力HA/m成比例，增加。另外，当B达到一定的值时，在那基础上，即使增加H，B也不会增加。在此磁束饱和状态下，不仅仅达不到作为变压器的机能，还有开关FET破损的危险性，因此磁芯绝对必须在此饱和磁束密度以下来使用。另外，从产品目录上引用数据时，需要在符合使用条件的温度下选择饱和磁束密度，因此请注意。磁珠的饱和磁束密度是根据温度而变动。在TDK制PC44的120下的饱和磁束密度，将降低到25时的值的68.6。因此，如果在25的条件下设计的话，有可能发生实使用时的障碍。卷线电流密度I/S （基本設計手順初期設定）一般在自然空冷下设定最大5A/mm2、強制空冷下设定最大7A/mm2。设计要点： 变压器的发热，是根据，根据磁芯损失的铁损和根据卷线损失的铜损来决定的。卷线电流密度虽然是为了推测铜损的一个标准，但是事实上，即使卷线电流密度相同，卷数成倍的话，铜损也将成倍。 由卷线的电流密度所求得的卷线断面积，始终做为标准来考虑，最终还是要以卷线的铜损为基准决定线径和卷数。卷线电流密度对卷线的温度上升有一定影响，因此一定要考虑冷却条件、使用温度范围、变压器构造等，再进行适当的设定。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 特性設計变压器特性设计（基本设计步骤）使用项中设定的初期条件，设计为最合适特性的变压器条件。算出一次卷线电流峰值电流（基本设计步骤变压器特性设计）求出在变压器的一次卷线中所流出的电流的峰值。作为包含变压器总输出功力P2W瞬时在内的最大值。在输出电流仕样中有设定峰值条件的情况下，用I o peak ×VN2max。另外，多输出的情况下，将各电路的输出功力的总和作为变压器总输出功力。变压器效率一般为0.95。算出一次二次卷线比（基本設計步骤变压器特性设计）求出一次卷线和二次卷线的比率N12。卷线比根据输出入电压和最大导通角来决定。算出一次卷线电感量（基本設計步骤变压器特性设计）求出一次卷线的自己的电感量。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 構造設計变压器构造设计算出一次卷线实效电流（基本设计步骤变压器构造设计）省略以下的详细计算，可以将直流输入电流的16倍作为一次卷线实效电流。计算出在实使用条件的通常状态下连续流出的最大的一次卷线实效电流IN1 TYP RMS。不用考虑瞬时最低动作输入电压、过电流、峰值最大电流。首先求出导通角。接着用以上所求出的导通角，求出一次卷线实效电流。作为标准，从项中设定的卷线电流密度I/SA/mm2和一次卷线实效电流IN1typrmsA中，计算出一次卷线断面积SN1mm2。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 二次巻線実効電流 算出算出 二次卷线实效电流（基本設計步骤变压器构造设计）可以省略以下的详细计算，将直流输出电流的14倍作为二次卷线实效电流。在实使用条件的通常驻机构状态下，用在项中算出的导通角、一次卷线实效电流IN1typrmsA，算出连续流出的最大的二次卷线实效电流。多输出变压器的情况下，将N12替换为与各自的二次卷线和一次卷的卷线比，进行计算，另外在所求得的IN2typrms中加上对于全功力的其电路输出功力的比率。作为标准，从在1项中设定的卷线电流密度I/SA/mm2与二次卷线实效电流IN2typrmsA中，计算出二次卷线断面积SN2mm2。设计要点： 变压器的发热，是根据，根据磁芯损失的铁损和根据卷线损失的铜损来决定的。卷线电流密度虽然是为了推测铜损的一个标准，但是事实上，即使卷线电流密度相同，卷数成倍的话，铜损也将成倍。由卷线的电流密度所求得的卷线断面积，始终做为标准来考虑，最终还是要以卷线的铜损为基准决定线径和卷数。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 巻線構造形状幅選択选择卷线构造磁芯尺寸形状气隙宽（基本設計步骤变压器构造设计）以下，表示出代表性的变压器构造和其特征。N1-2巻線 2UEW電線N2巻線 二次出力一次主卷线 2UEW電線 巻線 （系列卷） N1-1巻線2UEW電線N3巻線Vcc卷线 UEW巻線 N3 N1-2 N2 N1-1所有的卷线，最理想的是在1层或2层之间不留间隔的卷完。N1、N2将会影响结合。N3较密的话，对放射噪音的控制有很好的效果。图卷线构造：标准设计要点：端空胶带的标准宽和减低规定（60950）端空胶带的宽是以 输入AC120V 2.5mm、输入AC240V 3.2mm、输入DC380V（PFC） 4.5mm为标准的。从卷线的开始部分到绕PIN脚之间，与其它卷线的绝缘距离不足，因此需要在这部分套上绝缘套管或贴交叉胶带来确保绝缘距离。如果不能确保端空胶带的宽度时，使用根据CTI保证的两端胶带的轻减规定。60950规格时，绝缘套管，两端胶带中使用CTI600的情况下，可以为两端胶带宽度的本来的1/2。寺岡制作所的胶带有接受CTI600的认定。但是，两端胶带与骨架的接触面将会有问题，因此，骨架的边框与必须贴胶带。图为标准的构造。由于一次二次卷线间的磁气结合度较好，可以较低的控制施加于变压器周边的半导体元器件的雷击电压。另外，由于变压器的磁芯与各卷线的绝缘距离充分，磁芯在一次侧二次侧的任意边都可以处理，变压器周边的部品配置自由度也很高。N1-2巻線 2UEW電線N2巻線 二次出力一次主巻線 3層絶縁電線 巻線 （系列卷） N1-1巻線 2UEW電線 N3巻線 Vcc巻線 UEW巻線 N3 N1-2 N2 N1-1 二次卷线，以出口线为基本。図卷线构造：标准文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 巻線構造形状幅選択图为二次侧中使用3层绝缘电线的标准构造。由于此构造可以不要端空胶带。三层绝缘电线使用于需要卷数较少，较粗的卷线断面积的卷线中比较有效。相反，适用于卷数较多的卷线的话，会由于三层绝缘皮膜的厚度而减小断面积，因此需要注意。因此，通常使用于二次侧卷线。二次侧卷线中使用三层绝缘电线时，如上述所说可以省略端空胶带，但是作为其代替，一般的磁芯形状中，磁芯与一次卷线的绝缘距离将会极端的变短，因此磁芯将会作为一次侧处理。另外，这种情况下，由于二次侧的卷线绕脚部与磁芯的绝缘距离不足，因此需要将二次侧的卷线作为出口线。设计的要点：出口线的固定方法（60950） 出口线，将2根以上的电线扭在一起，需要将各自的线固定于2个以上的实装孔。扭转也有对于噪音的配置考虑，还有以适合以下安全规格要求为目的。根据IEC60950 4.3.9项，机器为下叙构造：在类似于电线、螺丝、螺母、五金底座等这些东西松动或从指定位置离位等的情况下，通过附加绝缘或强化绝缘的沿面距离及空间距离不能为2.9项中所指定距离以下的值。，出品线的上锡移位的情况下，一次二次的绝缘距离不足为NG。但是，也有写着在其它2部位有固定时，其同样的松动不需要考虑。前述的方法是，用扭转的方式将多数电线看作是1根电线，另外，将各自的卷线固定于各自的实装孔，来满足此条件。但是，在即使卷线的上锡移位，也不担心一次二次的绝缘距离不足的情况下，（卷线有用胶带固定等）可以不需要以上的对应。 N1-2卷线 N2卷线 2UEW电线 层绝缘电线 二次输出一次主卷线 卷线 （系列卷） N1-1卷线 2UEW电线 N3卷线 Vcc卷线 UEW卷线 NS卷线 Vcc卷线 UEW卷线. N1-2 NS N2 N3 N1-1二次卷线是UEW电线、层绝缘电线任意一种都可以。 屏蔽卷线的一端开放，另一端连接输入平滑电容的正极或负极铜箔。（选择铜箔较宽，离变压器较近的。）N3，兼顾到屏蔽卷线，因此不要有空隙的进行卷线。图卷线构造：屏蔽构造图为因一次二次卷线间所存在的寄生容量，为了减低噪音传播的构造。面向AC适配器、医疗机器的电源装置等，使用于忌讳噪音的变压器。但是，由于一次二次卷线间的磁气结合有不少恶化，施加于变压器周边的半导体元器件的电压将有能增加。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 巻線構造形状幅選択设计的要点：屏蔽卷线的构造 屏蔽卷线是以静电屏蔽为目的而设立的，（电容的原理）因此，尽可能的为面积较大，电阻较少的构造。另外，为了减低对一次二次卷线间的磁气结合，的影响，尽可能较薄为最理想。 屏蔽卷线最好是非常薄的铜箔。在因成本问题不能使用铜箔的情况下,尽可能并列使用多数较细的UEW电线。 屏蔽卷线的层加厚的话，会减少噪音的传播量。（使用粗电线等）。但是，这些并不能加强静电屏蔽的效果，只能单纯根据加宽一次二次卷线间的距离来减少寄生容量。这种情况下，卷线间的磁气结合也很大地恶化，最终成为发生雷击电压、噪音等的原因。因此不采用这样的方法。 N1-2 NS N2-3 N2-2 N2-1 N3 N1-1 N1-2卷线 N2-1卷线 2UEW电线 层绝缘电线 二次输出一次主卷线 卷线 （系列卷） N1-1卷线 2UEW电线 N2-2卷线 层绝缘电线 N3卷线 Vcc卷线 UEW卷线 N2-3卷线 层绝缘电线 NS卷线 Vcc卷线 UEW卷线图卷线构造：二次侧并联卷图是在AC适配器中较多采用的二次侧并联卷构造。在变压器的损失（发热）、一次二次间的传播噪音、磁气结合度等方面，磁気結合中作为最能取得平衡的构造使用。但是，由于构造较为复杂，对成本的影响较大。设计的要点： 并联卷构造的注意点 并联卷构造是为了使各卷线和其它卷线的结合尽可能均而设计的。如果此磁气结合不均等的话，在并列连接的卷线中将会流出循环电流。 并联卷构造，对量产分散的特性方面的影响较大，因此需要注意。 在其它公司，有利用 故意使并列连接的卷线的磁气结合度不均衡，使雷击电压的能量在变压器内消费，不能出到变压器外部等的应用。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 巻線構造形状幅選択决定了卷线的构造后，接下来决定磁芯的形状、尺寸、卷线卷数、气隙宽（Al_value）。这些都是左右变压器特性的最重要的部分，将会影响到磁束密度、漏磁束（气隙宽）、磁芯的铁损、卷线的铜损等和各种参数，因此需要进行返复的计算，设计出最适当的值。设计流程图如下所示。设计要点： 气隙宽的上限中心气隙宽，限于磁芯中足的直径的5以下的宽。 暂决定磁芯形状尺寸材料 气隙宽（Al_Value）一次侧卷线 算出卷数线径设计的要点： 卷线卷数线径的决定基准要能无间隙、无重叠漂亮地卷卷线的铜损较少。线径较细。 算出磁芯损失 不合适 磁芯损失 检查设计的要点： 卷线与磁束密度的平衡卷线卷数中有过多的余量时，加宽气隙使磁芯的磁束密度下降。相反的卷线卷数中没有余量时，缩小气隙使磁芯的磁束密度上升。无论是上述的哪一种情况下，这些偏差极端大的情况下，磁芯形状尺寸不合适的可能性较高，因此那种情况下，可变更磁芯。 合适 算出二次侧卷线卷数线径 不合适 卷线构造检查 合适 磁芯设计结束图磁芯设计流程图暂时决定磁芯形状尺寸材料（基本设计步骤变压器构造设计）磁芯形状尺寸可参考过去产品来暂时决定。或者可参考下一页所示的由磁芯厂家提供的资料来决定。形状、尺寸，最终还要以这之后的计算为基准来再选择，因此在这阶段的暂时决定不是很重要。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 形状材料仮決定设计的要点： 磁芯的形状尺寸的暂时决定例如，可参考由厂家所提供的下表所示的数据。变压器用磁芯系列的分类和用途例系列磁芯形状标准输出范围（磁芯 2500B材、在动作磁束密度范围中变压器的温度上升T45的情况下）正激方式反激方式50kHz (W)100kHz (W)50kHz (W)100kHz (W)FEIFEEFEI 12.5384102536FEI 16FEE 161015131938410FEI 19FEE 1912181523510613FEI 22FEE 22152019268151019FEI 22S152019268151019FEI 252030263910201326FEI 283050406520302540FEI 30FEE 305070659030404050FEI 33FEE 338013010016535504565FEI 35S8013010016535504565FEI 4010015013019545756095FEE 409014011518040705090FEE 42/ 1513022017028580110100140FEE 42/ 20200300260390110140140180FEI 44130200170260709090115FEI 50FEE 5015025019532590130115165FEI 60FEE 60250350325455120170155220FEERFEER 25.52030263910201326FEER 283545455520302639FEER 28L4060508030404050FEIR 303050406525353345FEER 35701009013040505065FEER 35L10015013019550656580FEER 39L130200170260709090115FEER 401402201802857595100120FEER 4215025019532580100100130FEER 42A250350325455100130130165FPQFPQ2016-T-222030263910201326FPQ2020-T-222535324515251932FPQ2620-T 224560607525353245FPQ2625-T-225070659030404050FPQ3220-T-225070659030404050FPQ3230-T-2210015013019545606075FPQ3535-T-22130180170230708090100PFQ4040-T-2215023019529580100100130FQK1623-T-1110201326510613FQD1623-T-112535324515251932FQK2532-T-113050396520302639TOKINData Sheet文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 幅（Al_value）一次側巻線巻数線径算出算出气隙宽度（Al_value）一次侧卷线卷数线径（基本设计步骤变压器构造设计）气隙宽度、Al_value、一次侧卷线卷数、线径，需经过反复进行暂定气隙宽度算出Al_value算出一次卷线卷数算出磁束密度算出一次侧卷线的铜损的作业后再决定。这种作业方法中有使用磁芯厂家所提供的磁芯特性数据的方法和全部用计算求出的方法2种方式。由特性数据求得的情况下，使用如下图所示的图表。首先，任意暂定磁芯气隙宽度，再从图右边的图表求出Al_value。图 Al_value 一次卷线电流峰值气隙宽度 特性用计算式从气隙宽算出Al_value时，用以下公式。Aem2：磁芯的实效断面积、Gapm：中心气隙宽接下来，用以下公式算出一次侧卷线卷数。LN1：一次卷线电感量、Al_valueH/N2：电感量系数接下来，从图左边的图表中，检证磁束密度。图表中的NIAT是指，NIAT=一次卷线卷数N1Turn×一次卷线电流峰值IN1PA。算出的结果在图表中的20%的线的左下侧，磁束密度将为变低。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 幅（Al_value）一次側巻線巻数線径算出正确的，用以下公式算出磁束密度。此结果，将会比項中初期设定的最大磁束密度要小。接下来，从項中算出的一次卷线断面积SN1mm2与項中决定的变压器构造、变压器骨架的卷框宽及本项中所算出的一次卷线卷数N1中，用以下公式，算出一次卷线的线径。N1Turn：一次卷线卷数、：并联数一次卷线的卷数包括折回部分的卷数在内，要比必要的卷数多1卷。N1+1。对于线径与并联数的平衡，从线积率与卷线铜损来决定。线积率没有超出100的范围中，尽可能较高会比较好，卷线铜损尽可能较小比较好。设计要点：线积率和卷线铜损卷线的线积率和铜损，使用以下的表，考虑几根并联数和线径的组合，其中，线积率为最高，卷线铜损为最小。另外不在0.2以下范围中，选择线径最细的组合。另外，总线长mm从骨架的卷线部的直径算出，总电阻从卷线厂家的产品目录中所记载的最大导体电阻中算出。铜损加上全卷线的损失，以输出功力的12%左右以下为标准。卷数 线积率铜损试算例（二次侧卷线）并联数线径mm总断面积mm2電流密度A/ mm2 总线宽mm线积率%总线长mm总电阻卷线铜损W10.90.6364.871.193.17480.0210.2020.650.6644.671.791.54760.0130.1220.600.5655.481.698.55440.0180.1730.550.7134.352.2586.53400.00890.0930.500.5895.262.196.94080.0120.1240.450.6364.872.61003400.00970.09设计的要点：电流密度与铜损电流密度始终作为设计的标准来考虑，最终根据卷线铜损来决定卷线线径。电流密度的参数中，没有考虑电线的长度，即使是暂定同样的电流密度，也会因并联数与线径的组合使卷线铜损出现2倍左右的差。铜损的目标是，所有的卷线的铜损在項中所算出的容许磁芯损失2/ 3以下。但是，根据冷却条件、卷线构造的不同而各有所异，因此最终以实测数据为基准进行调整。文件名反激变压器编号RAB017-01页码/ 幅（Al_value）一次側巻線巻数線径算出设计的要点：变压器的卷线设计时，参考由厂家所担出的以下所示的外径表。UEW電線 仕様一覧直径mm近似番線AWG(mm)最大仕上外径mm最大導体抵抗/km（20）0種1種2種3種0種、1種2種、3種0.1038 (0.102)0.1560.1400.1250.118264723810.1536 (0.142)0.2100.1920.1770.169111110370.2032 (0.203)0.2660.2490.2310.222607.6577.20.2530 (0.254)0.3180.2980.2840.275382.5370.20.3029 (0.287)0.3740.3520.3370.327262.9254.00.3527 (0.360)0.4240.4020.3870.377191.2185.70.4026 (0.404)0.4800.4560.4390.429145.3141.70.4525 (0.454)0.5320.5080.4900.479114.2112.10.5024 (0.510)0.5860.5600.5420.53191.4389.950.5523 (0.574)0.6460.6200.5920.58178.1574.180.600.6980.6720.6440.63265.2662.640.6522 (0.642)0.7520.7240.69455.3153.260.7021 (0.724)0.8040.7760.74647.4745.840.750.8600.8300.79841.1939.870.8020 (0.812)0.9140.8820.85236.0835.170.850.9660.9340.90431.8731.110.9019 (0.910)1.0200.9860.95628.3527.710.951.0721.0381.00825.3824.841.0018 (1.024)1.1381.1021.06223.3322.49某電線資料三層絶縁電線TEX-E 仕様一覧導体径mm許容差mm標準仕上外径mm最大仕上外径mm導体抵抗/ km重量kg/ km0.20±0.008