输入电容及DCM-CCM-QR变压器计算.

技术要求：输入电压Vin：90-253Vac 输出电压Vo：27.6V 输出电流Io：6A 输出功率Po：166W 效率：0.85 输入功率Pin：195W一、输入滤波电容计算过程： 上图为整流后滤波电容上电压波形，在最低输入电压下，如果我们想在滤波电容上得到的电压Vdc为115V，则从上图可以得到: Vpk=90*1.414=127V Vmin=Vdc-(Vpk-Vdc)=103V将电源模块等效为一个电阻负载的话，相当于在T3时间内电容对恒定功率负载进行放电，电容电压降低（Vpk-Vmin）V。 Idc*T3=C*V其中： Idc=Po*Vdc=1660.85*115=1.7AV=Vpk-Vmin=127-103=24V 关键部分在T3的计算，T3=t1+t2，t1为半个波头，时间比较好算，对于50Hz的交流来说，t1=5mS，然后就是计算t2,其实t2也很好计算，我们知道交流输入电压的公式为Vx=Vpksinx，根据已知条件，Vx=103V，Vpk=127V，可以得到x=54度，所以t2=54*10ms/180=3mS， T3=t1+t2=8mS。C=1.7*8/24=0.57mF=570uF二、变压器的设计过程变压器的设计分别按照DCM、CCM、QR两种方式进行计算，其实QR也是DCM的一种，不同的地方在于QR的工作频率是随着输入电压输出功率的变化而变化的。对于变压器磁芯的选择，比较常用的方法就是AP法，但经过多次具体设计及根据公司常用型号结合，一般可以直接选择磁芯，象这个功率等级的反激，选择PQ3535的磁芯即可。磁芯的参数如下：AE=190mm2,AL=4300nH，Bmax0.32T1）DCM变压器设计过程：开关频率选择80K，最大占空比选择0.48，全范围DCM，则在最低输入电压Vdc下，占空比最大，电路工作在BCM状态，根据伏秒平衡，可以得到以下公式，Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，从而计算反射电压为Vor=95V匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf为整流二极管压降计算初级匝数 Np=Vinmin*DmaxB*Ae*F=103*0.480.15*190*10-6*80*103=22计算副边匝数 Ns=Np/n=6.32，选择7匝，则原边匝数调整为 Np=3.32*7=23匝计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V设计，要求在20V输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择4匝。初级电感量 Po=0.5L*I*I*F/ I=Vinmin*Dmax/(L*F) P0=0.5*L*Vinmin*DmaxL*F2*F，将各个参数代入，得到L值 L=78uH初级电流峰值：初级电流有效值：次级电流有效值：根据电流有效值，可以选择变压器线径，根据匝数绕电感后，调整气息使电感量满足要求，即可得到合适的变压器。以下黄色字体部分，是根据batteryli提到，对于DCM，变压器的B值可以适当选的大一些，从而降低匝数减小漏感，可以减小尖峰。因此按照B=0.2设计的变压器。开关频率选择80K，最大占空比选择0.48，全范围DCM，则在最低输入电压Vdc下，占空比最大，电路工作在BCM状态，根据伏秒平衡，可以得到以下公式，Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，从而计算反射电压为Vor=95V匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf为整流二极管压降计算初级匝数 Np=Vinmin*DmaxB*Ae*F=103*0.480.2*190*10-6*80*103=16计算副边匝数 Ns=Np/n=4.8，选择5匝，则原边匝数调整为 Np=3.32*5=17匝计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V设计，要求在20V输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择3匝。初级电感量 Po=0.5L*I*I*F/ I=Vinmin*Dmax/(L*F) P0=0.5*L*Vinmin*DmaxL*F2*F，将各个参数代入，得到L值 L=78uH初级电流峰值：初级电流有效值：次级电流有效值：根据电流有效值，可以选择变压器线径，根据匝数绕电感后，调整气息使电感量满足要求，即可得到合适的变压器。2）CCM变压器设计过程：CCM变压器的设计，必须首先确定一个负载点，在该状态下，变压器工作在BCM状态下，如果负载继续增加则进入CCM，如果负载减小，则进入DCM，一般情况下，我会选择最低输入电压下额定负载的70%为BCM状态。 70%负载情况下，输出功率为P0.7=27.6*6*0.7=116W，因此峰值电流为 ，从这个时刻，如果继续增加负载电流，变压器进入CCM状态，占空比不变，所以，峰峰值电流也就是这个值，因此I=4.94A满载情况下，输入平均电流 设峰值电流为IPK则 (IPK+IPK-4.94)D/2= IPK=6A根据I占Ipk的比例，确定Bmax，Bmax/Bmax=I/Ipk得到Bmax=4.94*0.32/6=0.26T，选择B为0.18T，计算变压器原边匝数 Np=Vinmin*DmaxB*Ae*F=103*0.480.18*190*10-6*80*103=18根据伏秒平衡，可以得到以下公式，Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，从而计算反射电压为Vor=95V匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf为整流二极管压降副边匝数 Ns=18/3.32=5.4,选择6匝，原边匝数调整为 Np=3.32*6=20计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V设计，要求在20V输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择4匝。根据I=Vdc*Dmax/Lp*F，可以得到变压器原边电感值 3）QR模式变压器的设计过程最低输入电压103V，最大占空比Dmax选择0.48，在最低输入电压情况下，变压器工作在临界模式，则根据伏秒平衡 Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)， Vor= Vdc*Dmax/(1-Dmax)=103*0.48/（1-0.48）=95V匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=95/(27.6+1)=3.32采用0B2203，如果全范围内都工作在QR状态下，则在同一负载条件下，工作频率只跟随输入电压变化，频率变化比如下： ，将Vo=27.6V、Vf=1V、VdcL=115V、n=3.32、VdcH=360V代入，可以得到FsH=2.25FsL,如果将低压满载工作频率设置在50k，则高压满载工作频率则工作在2.25*50=112.5 k。变压器工作在QR模式时，MOS管开通时，变压器原边储存能量，在MOS关关闭时刻完全传递到副边，每个周期变压器原边储存的能量为 变压器传递到副边的总能量等于每个周期传递的能量与频率的乘积，所以 原边峰值电流可以通过下式得到 将 Po=166W、=0.85、Vdc=115V、Dmax=0.48、F=50K带入上式可以得到变压器原边电感 L=156uH 在最低输入电压情况下，初级峰值电流最大，初级电流峰值最大值初级电流波形为三角波，所以有效值为 次级电流有效值 则初级绕组匝数 匝 次级绕组匝数Ns=26/3.32=8匝，选择8匝，则原边调整为27匝由于负载为两串铅酸蓄电池，最低充电电压按照20V计算，辅助绕组选择4匝。MOS管的选择初级峰值电流6.34A,按照1.5倍余量选择，MOS管电流选择6.34*1.5=9.5A输入电压最高值360V，反射电压95V，考虑尖峰电压100V，MOS管耐压按照0.85的余量选择，则MOS管耐压应不低于 库存MOS管中，满足电压电流条件的型号为FQA13N80，所以选择该型号MOS管。输出二极管的选择变压器变比27: