反激变压器

文件名反激变压器编号RAB017-01页码１/２８上位文件名变压器・电感线圈设计步骤编号RAB017＜目次＞１．基本设计步骤P2１．１初期设定P2１．１．１动作频率f[kHz]设定P2１．１．２动作输入电压設定P2１．１．３最大输出电流設定P2１．１．４最大二次卷线端输出电压設定P3１．１．５一次电流倾斜率設定P3１．１．６最大导通角设定P3１．１．７最大磁束密度設定P4１．１．８卷线电流密度I/SP4１．２变压器特性设计P5１．２．１一次卷线电流峰值电流算出P5１．２．２一次／二次卷线比算出P5１．２．３一次卷线电感量算出P5１．３变压器构造设计P6１．３．１一次卷线实效电流算出P6１．３．２二次卷线实效电流算出P7１．３．３卷线构造・磁芯尺寸・形状・气隙宽选择P8１．３．３．１暂时决定磁芯形状・尺寸・材料P11１．３．３．２算出气隙宽（Al_value）一次侧卷线卷数・线径P13１．３．３．３磁芯损失算出P16１．３．３．４算出二次侧卷线卷数・线径P16１．４半导体元器件耐压算出P17１．４．１开关元器件耐压P17１．４．２整流元器件耐压P18２．应用设计例P18２．１初期设定P19２．１．１最大二次卷线端输出电压设定P19２．１．２动作输入电压设定P19２．１．３最大输出电流设定P20２．１．４动作频率設定P20２．２变压器特性・构造设计／检证P20２．２．１变压器卷线比设计P20２．２．２变压器卷线构造设计P21２．２．３二次输出卷线线径・卷线設計P21２．２．４气隙宽设计／磁束密度检证P23２．２．５磁芯损失检证P24２．２．６二次输出卷线检证P25２．２．７一次侧输入卷线线径・卷数设计P26２．２．８Vcc卷线／屏蔽卷线线径・卷数設計P27２．３设计结果P28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２/２８１．基本设计步骤１．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。１．１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f[kHz]动作输入电压最大输出电流最大二次卷线输出电压VN2max[V]一次电流倾斜率K最大导通角αmax最大磁束密度Bmax[mT]卷线电流密度I/S[A/mm2]１．１．１动作频率f[kHz]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75ｋHz（预计余量的话65kHz左右）以下的话，更好。１．１．２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Vinmin1[V]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Vinmin2[V]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Vinmax[V]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。１．１．３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３/２８１．１．３最大出力電流設定项目内容过电流保护最大输出电流Iomax1[A]考虑了偏差的最大电流×余量1.1～1.2。连接最大输出电流Iomax2[A]定格输出电流×余量1.1～1.2。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Iopeak[A]峰值最大电流×余量1.1～1.2。为设计的基准。１．１．４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VN2max[V]＝接插件端输出电压＋线间损失0.1～0.5V＋整流元器件Vf0.4～0.6V※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。１．１．５一次电流倾斜率设定（基本设计步骤－初期设定）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1－１的一次电流波形的倾斜率。K的设定公式如下。　　　　一次電流波形傾斜率　][1][1AbIAaIK=作为目标，设定到0.5～0.6，兼顾到之后的其它特性，作最适当的变更。１．１．６最大导通角设定（基本设计步骤－初期设定）一般设定为0.45～0.65。I1aI1b図１－１一次电流波形设计的要点：・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。文件名反激变压器フライバックトランス编号RAB017-01页码４/２８１．１．６最大導通角設定１．１．７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×0.8～0.9。图１－２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B[T]，如图１－２所示，与起磁力H[A/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。１．１．８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5[A/mm2]、強制空冷下设定最大7[A/mm2]。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。図１－２PC44B-Hカーブ温度特性设计的要点：・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。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５/２８１．２トランス特性設計１．２变压器特性设计（基本设计步骤）使用１．１项中设定的初期条件，设计为最合适特性的变压器条件。１．２．１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P2[W]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Iopeak×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る。：最大導通角　：瞬時最低入力電圧：トランス効率　　：一次電流傾斜率　　　：トランス総出力電力一次巻線電流ピーク　max1min2max1min21][][][)1(][2][ahahVVKWPVVKWPAIininPN´´´+´=１．２．２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。：最大導通角　　　α：最大ターンオン時間　：最小ターンオフ時間　　　：二次巻線端出力電圧：二次巻線巻数　：一次巻線巻数　　　αα＝　　巻線比　maxmaxmin221max1minmaxN2maxmax1minminN2max1212][][][][)1(][][][][][sTsTVVNNVVVVsTVVsTVVNNNONOFFNinONinOFF´-´=´´=１．２．３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。　　タンス　　　一次巻線インダク][)1(][][V][L1maxnmin1iN1AIKsTVHpON´-´=文件名反激变压器编号RAB017-01页码６/２８１．３トランス構造設計１．３变压器构造设计１．３．１算出一次卷线实效电流（基本设计步骤－变压器构造设计）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IN1TYPRMS。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α。　　電圧：最大二次巻線端出力　　：連続最低入力電圧　：巻線比　　　　　導通角　α][][][][][max22min122min12max2max2VVVViNVVNVVVVNninNN´+=接着用以上所求出的导通角α，求出一次卷线实效电流。][][][][][3)(][][][2][][][][][][2][][][][12minmax222112min2minmax212min2minmax2HzfHLVVAIVVbabaAIHzfHLVVVVAIVVbHzfHLVVVVAIVVaNinotypNtyprmsNNininotypNNininotypN：動作周波数　ンス：一次巻線インダクタ　　：トランス効率　：導通角　　：連続最低入力電圧　　　　　：定格出力電流　電圧　：最大二次巻線端出力　　　　　一次巻線実効電流　　　　haaaahaah++´=´´-´´´=´´+´´´=作为标准，从１．１．８项中设定的卷线电流密度I/S[A/mm2]和一次卷线实效电流IN1typrms[A]中，计算出一次卷线断面积SN1[mm2]。　：巻線電流密度　　　　一次巻線断面積　]/[/]/[/][][22121mmASImmASIAImmStyprmsNN=※省略以下的详细计算，可以将直流输入电流的1．6倍作为一次卷线实效电流。文件名反激变压器编号RAB017-01页码７/２８１．３．２二次巻線実効電流算出１．３．２算出二次卷线实效电流（基本設計步骤－变压器构造设计）在实使用条件的通常驻机构状态下，用在１．３．１项中算出的导通角α、一次卷线实效电流IN1typrms[A]，算出连续流出的最大的二次卷线实效电流。：導通角　　　：二次巻線実効電流　　　　　　　　　二次巻線実効電流aaa][1][][11212AINAIAItyprmsNtyprmsNtyprmsN-=※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1．１．８项中设定的卷线电流密度I/S[A/mm2]与二次卷线实效电流IN2typrms[A]中，计算出二次卷线断面积SN2[mm2]。　：巻線電流密度　　　　　　　　二次巻線断面積　]