计算原、副边绕组匝数比及副边绕组 - 基于PQ35的开关电源设计

　　(3)计算原、副边绕组匝数比及副边绕组

　　可按下式计算半桥式高频变压器的原、副边匝数比：

　　

 

 

　　式中

　　Np--原边绕组匝数

　　Ns--副边绕组匝数

　　Vi n mi n--最小输入直流电压，在交流1 9 0 V加载下约为1

　　90*1.3=247V。

　　V o p--变压器应输出电压，为电源输出电压Vo、整流二级管正向压降Vdf和滤波电感直流压降V L三项之和除以占空比D，即Vop=(Vo+Vdf十VL)/D。在本例中Vo=14V、V df="0".7V、VL。=0.2V、D=0.8，则 Vop=(1 4+0.7+0.2)/0.8=18.625V

　　则Np/Ns=1/2*247/18.625≈6.6。

　　副边绕组Ns=NP/6.6=20/6.6≈ 3匝，在实验中2 0：3的匝比取得了很好的效果。

　　(4)线径和根数的选取

　　原边绕组电流为I p="2" P o/Vsη;

　　Po=Vop*22=14.9*22=327W;

　　Vsη=Vin min*η=247*98%=242.0 6，其中η为变压器的效率;

　　则 I p="2"*3 2 7/2 4 2.0.6≈2.7A。

　　考虑趋肤效应，在l00KHzl00℃下穿透深度为△=7.6 5/F1/2≈0.242mm[4]，2△=0.484mm， 应选择直径不超过0.484mm的漆包线。考虑有漆的厚度，实际中选取了0.49mm

　　的高强度漆包线。

　　取电流密度J=6A/mm2，则单根o.49mm线径漆包线可通过电流为：

　　I=JπD2/4=6*3.1 4*0.49*0.49/4≈1.1 3A

　　则初级可用3根并联。次级为I p*Np/N s/I≈1 6根。因为次级的电流比较大(2 2A)，也可用铜箔绕制。

 

(5)高频变压器的绕制

　　高频变压器的绕制在制作开关电源过程中是很复杂的，当功率管由导通转为关断时，由漏感存储的能量释放会产生很大的电压尖峰，容易造成器件的损坏、并且恶化效率，所以要尽量使变压器的漏感降到最小。这里采用的是“三明治”绕法，即先绕初级的一半，再绕次级，然后绕初级的另一半。这样初级将次级包在里面，可以增加耦合，减小漏感。另外采用多股线绞合的方法，在不同的截面，每一股线交换位置，有利于电流均衡;还可以增加线材的表面积，减小高频电阻，有利于降低温升。

　　3 0 0 W主功率高频变压器用0.4 9mm线径高强度漆包线，初级用3根绞线后先绕最里面的1 0圈，缠2圈胶带。接着绕中间的次级，用1 6根绞线后绕3圈，甩出中心抽头，再按原方向绕3圈，这样可在同一平面上绕完次级，只是中心抽头的来回两根线有些稍鼓出来一些，之后再缠2圈胶带。然后绕初级的后1 0圈，缠3圈胶带。绕制的时候应尽量使线均匀分布，制作完成后测量电感量为初级1.27mH;两个次级5 5μH。实践证明，这样绕制的变压器漏感很小，原、副边漏感只有几个μH。

　　(6)驱动变压器的绕制

　　驱动变压器采用罐型磁芯P23/18，罐型磁芯的特点是在所有类型的磁芯中具有最好的磁屏蔽效果，但是也具有最差的散热能力，因此比较适合用来制作小功率的驱动变压器。

　　驱动变压器用0.2mm线径，单根。先绕高桥开关管的20圈，中间绕原边的初级20圈，最后绕低桥开关管的20圈。这是另一种采用次级一初级一次级的绕法，同样可以有效地减小漏感。制好后测量电感量大概有1.3mH左右。

　　(7)扼流圈的计算

　　扼流圈是开关电源二次输出级主要功率器件，也是影响输出电压指标的重要因素，过大的电感量会使输出的动态特性变差，而过小的电感量又会使输出的纹波指标率差，因此必须选取合适的电感量。粗略地可按下面公式计算：

　　

 

 

　　式中

　　P――输出功率;

　　F――开关频率;

　　I――输出电流。

　　则电感量为L=2*P/f*I2=2*3 00/(1 00*1 03*2 22)，≈1 2 μ H。

　　3.纹波抑制和EHI

　　纹波和E M I是开关电源中的重要指标，可以说是直接评价制作电源好坏的标志，因此纹波抑制和减小EM I是每个电源制作者都要绞尽脑汁去解决的。下面是300w电源的一些解决方法。

　　(1)300w开关电源在输入级加入了EMI电源噪声滤波器。电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器，它无衰减地将交流电传输到电源，而大大衰减随交流电传入的E M I噪声;同时又能有效地抑制电源设备产生的EM I噪声，阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备，降低传导搔扰。

　　(2)在输出级加入了一级抑制纹波噪声的共模扼流圈。使流出的电流和流回的电流在一个小磁环上产生相反的感应磁通，使其相互抵消，极大地消除了输出的高频噪声。经过实验，未加共模扼流圈的输出电压用示波器会看到有20 0mVp-p的高频噪声，加入后只有十几mVp-p。

　　(3)其它的抑制措施。包括在输入级串接NT C防电网浪涌电阻、在功率开关管和输出整流二极管以及高频变压器初级接入RC吸收网络、使用超快恢复肖特基二极管等等，都可以有效地 减小电压尖峰、抑制高频噪声。

　　4.结束语

　　3 00W开关电源是一款实用的半桥式硬开关电源，其效率达到85%，输出纹波在交流2 20V输入满载(1 4 V、2 2 A)下只有80MVP-P，而且动态响应好，已在通信中继台上做过24小时老化实验，效果很好。其不足之处在于：由于是硬开关方式，效率没有软开关好。软开关的效率一般在90%以上。

　　开关电源设计中的一个难点在于主要核心器件的参数选择上，理论计算出来的数据在实际中并不一定就能带来好的效果。例如，主高频变压器的匝数比选择，作者曾经将匝数比调到18：14，结果每到两分钟开关管就烧毁了。所以，以理论为依据，从反复的实验中获得合理搭配将会提高效率并降低EMI干扰。