系统设计步骤-高频变压器的设计

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    1、防浪涌设计
    浪涌对所有的电子设备和数据系统都有潜在的危害。它是隐伏的，不可见的，不可预测的，极端危险并且后果不可想象。实际浪涌的幅值一般较雷击电流小，但前者可能会造成和后者同样的损坏。考虑到本产品所处场合为中等暴露程度，选择瞬变抑制器件。
    2、EMC的设计
    （1）滤波器
    滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器，可以抑制来自电网的噪声对电源本 身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反 馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的 重要单元，在系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可抑制传输线上的传导干扰，同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。在滤波电路中，选用穿心电容、三端电容、铁氧体磁环，能够改善电路的滤波特性。
    所有电源波器都必须接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外，还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。在电源输出端加输出滤波器。加装高频电容，加大输出滤波电感的电感量及滤波电容的容量，可以抑制差模噪声。
    （2）变压器高频防护
    在高频变压器的原边、副边、开关管的C、E极间以及在输出整流二极管上加装RC吸收网络。
    3、控制IC的选择
    开关电源使用的IC中设计时选用DIP封装的VIPER22A，在单电源电压180－265VAC范围内，功率处理能力可以达到20W，能满足设计要求。采用ST的IPOWER M0-3高压专利技术，利用一个P型掩埋层的方法，在同一颗芯片上整合了一个专用电流式PWM控制器和一个高压功率场效应MOS晶体管。这种方法可以减少IC外围元器件的数量，简化电路板设计，降低系统成本。其一般特性有:（1）自动热关断。（2）高压启动电流源。（3）防止输出短路导致击穿故障的HICCUP模式。（4）保证低负载条件下低功耗的突发模式。
    功率级是由含有一个快速比较器的电流式结构驱动的，驱动电流来自NMO Ssense和feed-back(FB)两个引脚。比较器输出连接到消隐时间模块，以确保导通时间最短。只需一个外部振荡器，即可将开关频率固定在60kHz，从而不再需要其它的外部组件。其它的内部模块是内部电源稳压器和过热检测器，前者在VDD 引脚上能够支持45V，后者在170°C（典型值）时提供热关断功能。
    该产品的系统控制是一个电流模式结构，在这个结构中，N-MOS感应电流和FB电流汇合在电阻器R2上。电阻R2上的电压取决于这个电流值的大小，然后，这个电压值与一个内部固定的参考电压(0.23V)比较。比较器的输出用于驱动场效应MOS晶体管，因此，开关频率取决于反馈电流和Id电流值的大小。在这个应用中，反馈回路的实现方法是通过一个光耦合器利用输出电压驱动这个FB引脚，以保证输入出输出之间的绝缘。监视VDD电压的是一个磁滞比较器，它能够管理启动电流生成器。事实上，只要VDD电压值大于VDDON的电压值，比较器就会导通，并给VDD电容器充电。一旦达到这个条件，功率场效应MOS晶体管就立即开始开关操作。突发模式工作原理是跳过相同的开关周期，以便在负载减弱时降低功耗。
    4、高频变压器的设计
    根据线路要求设计反激型脉冲变压器：
　　输入电压Vac min=180V  Vac max=264V  频率：50HZ
    输出电压V0=11.4V~12.6V  负载 Io=1.5A
    则输出功率PON=18W  工作频率f=66KHZ 周期T=1.5*10-5S  占空比Dmax=0.35
    磁芯为了体积小,高度低,选用EFD25，其AC=58*10-6mm2。
    （1）原边绕组感应电势幅值E1、E2
    E1min=1.3*V1ACmin=1.3*180=234V
    E1max=1.3*V1ACmax=1.3*264=342.2V
    E2m=V0+1=12+1=13V      
    （2）初、次级匝数N1、N2
    匝数比K=DmaxE1min/(1-Dmax)E1min=0.35*234/(1-0.35)*13=9.69
    由D=KE2M/(E1M+KE2M) 得Dmax=0.35  Dmin=0.27
    原边绕组导通时间Ton=DT Tonmax=5.25*10-6S  Tonmin=4.05*10-6S
    E1minTonmax=234*5.25*10-6=12.3*10-4  V-S
    E1maxTonmin=344.5*4.05*10-6=14.0*10-4  V-S
    N1=E1MTon/△B*Ae=12.3*10-4/0.20*58*10-6=106匝（磁通常量△B取0.20T）
    N2=N1/K=106/9.69=11匝
    (3) 临界电感L1、L2
    临界点选取
    Ioc=Iomin=1.5A
    P2c=E2mIoc=13*1.5=19.5W
    L1=(E1maxTonmin)2／（2P2CT）=(342.2*4.05*10-6)2/2*19.5*1.5*10-5=2.37*10-3mH
    L2=L1/K2=(237*10-3)/ 9.692=25μH
    (4)原副边绕组电流平均值I1ave、I2ave
   当E1M=E1M MIN      
    △I1=E1minTOmax/L5=234*5.25*10-6/2.37*10-3 =0.518A
    △I2=K△I1=9.69*0.518=5.02A
    原副边电流在Ion时间内平均值I1ave、I2ave（变压器效率取n=0.8）：
    I1ave=E2mIon/（E1minDmaxn）=13*1.5/234*0.35*0.8=0.298A
    I2ave==1.5/（1-0.35）=2.31A
    （5）原副边绕组中电流有效值I1rms、I2rms:
    I1rms==0.2A
    I2rms==2.2A
    (6)原副边绕组线径d1、d2
    取原边绕组内电流密度jcu1=4A/mm2
    导线截面积Scu1=I1rms/jcu1=&amphi;0.2/4=0.05mm2
    由Scu1=N1*∏/4*d2  d1=0.25mm 选用单股&amphi;0.25 2-UEW漆包线。
    由dy=132.2/且f=66KHz  最大线径取0.55mm
    d2=1.13-1.13=0.75mm
    则次级用2股2-UEW0.50 漆包线并绕。
    （7）反馈绕组因其负载电流小，选用与原边绕组相同的线径0.25mm，保证IC的正常工作，其电压取16.5v，则N3=E3*N2/E2m=16.5*11/13=13.96=14匝。
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