5. 確定開關頻率,選擇磁芯確定變壓器
這里確定芯片工作頻率為 70KHz,芯片的頻率可以通過外部的 RC 來設定,工作頻率就等于開關頻率,這個外設的功能有利于我們更好的設計開關電源,也可以采取外同步功能。與 UC384X 功能相近,變壓器磁芯為 EER28/28L,一般 AC2DC 的變換器,工作頻率不宜設超過 100kHz,主要是開關電源的頻率過高以后,不利于系統的穩定性,更不利于 EMC 的通過性,頻率太高,相應的 di/dt dv/dt 都會增加,除 PI 132kHz 的工作頻率之外,大家可以多參考其它家的芯片,就會總結自己的經驗出來。
對于磁芯的選擇,是在開關頻率和功率的基礎,更多的是經驗選取。當然計算的話,你需要得到更多的磁芯參數,包括磁材,居里溫度,頻率特性等等,這個是需要慢慢建立的。
20W ~ 40W 范圍內 EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以。
6. 設計變壓器進行計算(續2)上面計算了變壓器的電感量,現在我們還需要得到相應的匝數才可以完成整個變壓器的工作
1)計算導通時間 Ton周期時間 T = Ton + Toff = 1/FswTon = T * DmaxFsw , Dmax 都是已知量 70kHz , 0.45 代入上式可得Ton = 6.43us
2)計算變壓器初級匝數Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T(這里的數是一定要取整的,而且是進位取整,我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數圈)
3)計算變壓器 12V 主輸出的匝數輸出電壓(Vo):
12 Vdc整流管壓降(Vd): 0.7
Vdc繞組壓降(Vs): 0.5
Vdc原邊匝伏比(K) = Vi_min / Np= 120 Vdc / 47 T = 2.55輸出匝數(Ns) = (輸出電壓(Vo) + 整流管壓降(Vd) + 繞組壓降(Vs)) / 原邊匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T (已取整)
4)計算變壓器輔助繞組(aux turning)輸出的匝數計算方法與12V主繞組輸出一樣因為 ST VIPer53DIP 副邊反饋需低于 14.5 Vdc,故選取 12 Vdc 作為輔助電壓;Na = 6 T到這一步,我們基本上就得出了變壓器的主要參數原邊繞組:47T 原邊電感量:0.77mH 漏感《 5%* 0.77mH = 39uH12V輸出: 6T輔助繞組:6T下一步我們只要將繞組的線徑 股數 腳位 耐壓 等安規方面的要求提出,就可以發給變壓器廠去打樣了至于氣隙的計算,以及返回驗證 Dmax 這些都是一些教科書上的,不建議大家死搬硬套,自己靈活一些
6. 設計變壓器進行計算(續3)
上面計算出匝數以后,可以直接確定漆包線的粗細,不需要去進行復雜的計算
線徑與常規電阻一樣,都是有定值的,記住幾種常用的定值線徑
這里,原邊電流比較小,可以直接選用 φ0.25 一股
輔助繞組 φ0.25 一股
主輸出繞組 φ0.4 或 0.5 三股,不用選擇更粗的,否則繞制起來,漆包線的硬度會使操作工人很難繞
很多這一步“計算”過了以后,還會返回計算以驗證變壓器的窗口面積
個人認為返回驗證是多余的,因為繞制不下的話,打樣的變壓器廠也會反饋給你,而你驗證通過的,在實際中也不一定會通過;
畢竟與實際繞制過程中的熟練度,及稀疏還是有很大關系的
再下一步,需要確定輸入輸出的電容的大小,就可以進行布局和布板了。
7. 輸入輸出電解電容計算
輸入濾波電解電容
Cin = (1.5~3)*Pin
輸出濾波電解電容
Cout = (200~300)* Io
上面我們計算出輸入功率 30W
所以 Cin = 45 ~ 90 uF
從理論上來說,這個值選的越大,對后級就越好;從成本上考慮,我們不會無限制的去選取大容量
此處選值 47uF/400Vdc 85℃ 或 105℃ 根據相應的應用環境來決定;電容不需要高頻,普通低阻抗的就可以了
輸出電流是 2A
Cout = 400~600uF
此處電容需要適應高頻低阻的特性,這個值也可以選值變大,但前提必須是在反饋環內
因為是閉環精度控制,故取值 470uF/16Vdc
這里電源就可以選兩顆 470uF/16Vdc,加一個 L,阻成 CLC 低通濾波器
基本上到這里,PCB 上需要外形確定的器件已經完成,即PCB封裝完成;
下一步就可通過前面的原理圖(SCH) 定義好器件封裝。
8. PCB Layout
上面已經確定變壓器,原理圖,以及電解電容,其它的基本上都是標準件了
由 sch 生成網絡表,在 PCB file 里定義好板邊然后加載相應的封裝庫以后,可以直接導入網絡表,進行布局;因為這個板相對比較簡單,也可以直接布板,導入網絡表是一個非常好的設計習慣
PCB layout 重點不是怎么連線,最重要的是如何布局;一般來說布局OK的話,畫板就輕松多了
在布局與布板方面,
1) RCD 吸收部分與變壓器形成的環面積盡量??;這樣可以減小相應的輻射和傳導
2) 地線盡量的短和寬大,保證相應的零電平有利于基準的穩定;同時 VIPER53DIP 這顆 DIP-8 的芯片散熱的重要通道
3) 在 di/dt dv/dt 變化比較大的地方,盡量減小環路和加寬走線,降低不必要的電感特性
附上相應的圖, N久之前的版本,可以改進的地方很多,各位自行參考:目前這一塊板仍一直在生產
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