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【原創(chuàng)】單級(jí)PFC高頻變壓器設(shè)計(jì)

 自己總結(jié)了一下單級(jí)PFC高頻變壓器的設(shè)計(jì),希望需要的朋友一起學(xué)習(xí),進(jìn)步。

單級(jí)PFC高頻變壓器設(shè)計(jì) 

 隨著LED照明的應(yīng)用越來越普及,對(duì)LED電源的需求也越來越大,由于LED照明電源要求:民用照明PF值必需大于0.7,商業(yè)照明必需大于0.9。對(duì)于10~70WLED驅(qū)動(dòng)電源,一般采用單級(jí)PFC來設(shè)計(jì)。即節(jié)省空間又節(jié)約成本。接下來我們來探討一下單級(jí)PFC高頻變壓器設(shè)計(jì)。

     以一個(gè)60W的實(shí)例來進(jìn)行講解:

 

     按功率來選擇磁芯,根據(jù)以下公式:

                                                    Po=100*Fs*Ve

Po:輸出功率;100:常數(shù);Fs:開關(guān)頻率;Ve:磁芯體積。

   

PQ3230Ve值為11970.00mmm,這里由于是調(diào)頻方式工作。完全可以滿足需求。可以代入公式去看看實(shí)際需要的工作頻率為:51295Hz。

 

以滿足需求??梢源牍饺タ纯磳?shí)際需要的工作頻率為:51295Hz。

第二步:計(jì)算初級(jí)電感量。

        最小直流輸入電壓:VDmin=176*1.414=249V。

最大直流輸入電壓:VDmax=265*1.414=375V。

最大輸入功率:Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W(設(shè)計(jì)變壓器時(shí)稍微取得比總效率高一點(diǎn))。

最大占空比的選擇: 寬電壓一般選擇小于0.5,窄電壓一般選擇在0.3左右??紤]到MOS管的耐壓,一般不要選擇大于0.5 ,220V供電時(shí)選擇0.3比較合適。在這里選擇:Dmax=0.327。

最大輸入電流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A

最大輸入峰值電流:Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A

MOS管最大峰值電流:Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A

 

第三步:計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP

        查磁芯資料,PQ3230AL值為:5140nH/N^2,在設(shè)計(jì)反激變壓器時(shí),要留一定的氣息。選擇小于0.1倍的AL值比較合適。在這里AL我們?nèi)。?/span>

         

                        AL=260nH/N^2

        則: NP =(500/0.26)^0.5=44

第四步:次級(jí)匝數(shù)NS

          VOR=VDmin*Dmax/1- Dmax

              =176*0.327/1-0.327=85.5

           匝比n=VOR/Vo=85.5/48=1.78

  NS=NP/n=44/1.78=25

第五步:計(jì)算輔助繞組NA

      查看ICdatasheet,知道VCC11.5~30V。在這選16V。

        NA=NS/Vo*VCC=25/48/16=8.33  9。

NS修正?。?/span>26.

 

 總結(jié)

      通過樣品的測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:整機(jī)效率0.88PF值:176V時(shí)0.989;

220V時(shí)0.984265V時(shí)0.975。變壓器溫升25K。在整個(gè)變壓器設(shè)計(jì)過程中。簡(jiǎn)化了一些東西。比如二極管的壓降。對(duì)比一下,與一般反激式的變壓器有點(diǎn)一致。只是由于整流橋后沒有接大容量的電解電容。實(shí)際的直流最低電壓沒有1.414倍。

不足之處還請(qǐng)各位讀者指正。

 

 

 

全部回復(fù)(268)
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bett
LV.7
2
2010-07-30 13:11

沒有做過,不過支持一下。

0
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2010-07-30 13:51
  感謝pin0208把自己的經(jīng)驗(yàn)分享給大家~
0
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子樂1
LV.5
4
2010-07-30 14:40

不錯(cuò)呀 學(xué)習(xí)中! 實(shí)踐出真知呀!

0
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machi518
LV.4
5
2010-07-31 12:10
 

大哥,這個(gè)地方怎么弄的啊?電感系數(shù)不是應(yīng)該是2600nH/N2,轉(zhuǎn)換過去不是2.6uH/N2嗎?

你的怎么用的0.26nH/N2?。?br />

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2010-08-01 08:28
@machi518
[圖片] 大哥,這個(gè)地方怎么弄的???電感系數(shù)不是應(yīng)該是2600nH/N2,轉(zhuǎn)換過去不是2.6uH/N2嗎?你的怎么用的0.26nH/N2???
謝謝,我參考了。
0
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2010-08-02 22:42

支持,,,

0
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wqgme88
LV.3
8
2010-08-03 09:57

近期大家都在說單級(jí)PFC,而我給大家送上一瓢涼水。

單級(jí)看上去很美,但在安規(guī)上存在很大漏洞,當(dāng)初設(shè)計(jì)PFC時(shí)沒有考慮單獨(dú)做成電源時(shí)的情況,沒有PWM的OVP,OCP,OPP保護(hù),做成隔離式包括光耦,輸出肖特基(快恢復(fù))都是原PFC電路的一部分,是一個(gè)整體。

我看了很多工程師設(shè)計(jì)的單級(jí)PFC電路,如果做大單會(huì)存在后級(jí)恒流問題,因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)LM358,AP4310,101AC這些IC時(shí)包括供電和比較器輸入輸出口是純直流的狀況,現(xiàn)在是大紋波的電壓,使這些IC存在誤差,引起部分恒流IC無緣無故的故障。

另外用電子負(fù)載測(cè)試是去除紋波后的直流部分,而在帶LED測(cè)試時(shí),由于LED是二極體產(chǎn)生整流效應(yīng),使實(shí)際電流純電流部分偏大,這是很大的紋波電流引起的。后來我一直有一個(gè)想法,LED電流中紋波電流部分對(duì)LED有沒有直接影響?這需要實(shí)驗(yàn)。

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pin0208
LV.7
9
2010-08-03 17:05
@wqgme88
近期大家都在說單級(jí)PFC,而我給大家送上一瓢涼水。單級(jí)看上去很美,但在安規(guī)上存在很大漏洞,當(dāng)初設(shè)計(jì)PFC時(shí)沒有考慮單獨(dú)做成電源時(shí)的情況,沒有PWM的OVP,OCP,OPP保護(hù),做成隔離式包括光耦,輸出肖特基(快恢復(fù))都是原PFC電路的一部分,是一個(gè)整體。我看了很多工程師設(shè)計(jì)的單級(jí)PFC電路,如果做大單會(huì)存在后級(jí)恒流問題,因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)LM358,AP4310,101AC這些IC時(shí)包括供電和比較器輸入輸出口是純直流的狀況,現(xiàn)在是大紋波的電壓,使這些IC存在誤差,引起部分恒流IC無緣無故的故障。另外用電子負(fù)載測(cè)試是去除紋波后的直流部分,而在帶LED測(cè)試時(shí),由于LED是二極體產(chǎn)生整流效應(yīng),使實(shí)際電流純電流部分偏大,這是很大的紋波電流引起的。后來我一直有一個(gè)想法,LED電流中紋波電流部分對(duì)LED有沒有直接影響?這需要實(shí)驗(yàn)。

呵呵,什么東西都不是完美的,就看你怎么去做了。沒有的東西可以加上。

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pin0208
LV.7
10
2010-08-04 14:25
@pin0208
呵呵,什么東西都不是完美的,就看你怎么去做了。沒有的東西可以加上。

哎呀!自己頂起哦,要沉底了。

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xiaorunyi
LV.2
11
2010-08-06 21:33
謝謝您的經(jīng)驗(yàn)
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tomkingwang
LV.4
12
2010-08-06 21:42

現(xiàn)在做這事的人而不多了,

多謝樓主,更希望大家共勉之!

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zh88ha
LV.5
13
2010-08-18 10:43
不錯(cuò) 不錯(cuò)!  不過單級(jí)PFC和兩級(jí)式相比還是差不少的!
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jiangjun_r
LV.2
14
2010-08-18 13:37
支持
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2010-08-18 13:47
**此帖已被管理員刪除**
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pin0208
LV.7
16
2010-08-18 13:55
@machi518
[圖片] 大哥,這個(gè)地方怎么弄的?。侩姼邢禂?shù)不是應(yīng)該是2600nH/N2,轉(zhuǎn)換過去不是2.6uH/N2嗎?你的怎么用的0.26nH/N2?。?/span>

錯(cuò)了,你真細(xì)心!

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pin0208
LV.7
17
2010-08-18 13:57
@玻璃杯2010
**此帖已被管理員刪除**
你這個(gè)是什么???怎么是廣告呢?
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zh88ha
LV.5
18
2010-08-18 13:59
@pin0208
你這個(gè)是什么???怎么是廣告呢?
這年頭還有廣告不入的空嗎? 哈哈
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pin0208
LV.7
19
2010-08-18 14:08
@machi518
[圖片] 大哥,這個(gè)地方怎么弄的?。侩姼邢禂?shù)不是應(yīng)該是2600nH/N2,轉(zhuǎn)換過去不是2.6uH/N2嗎?你的怎么用的0.26nH/N2???
取0.06倍,0.6倍的話基本沒有什么氣隙,無法生產(chǎn)。AL=0.26uH/N^2.一般都要取到0.1以下的。不然氣隙太小了,沒有辦法批量生產(chǎn)。
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pin0208
LV.7
20
2010-08-18 14:10
@zh88ha
這年頭還有廣告不入的空嗎?哈哈

呵呵,是哦,再?zèng)]有凈土了!

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zh88ha
LV.5
21
2010-08-18 14:41
@pin0208
呵呵,是哦,再?zèng)]有凈土了!
有凈土在心中! 心中無廣告
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home222222
LV.6
22
2010-08-21 09:05
關(guān)健是你沒有做過單極PFC的電源量產(chǎn)!有很多問題只有從設(shè)計(jì)到樣機(jī)再到小批才能發(fā)現(xiàn)問題!
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home222222
LV.6
23
2010-08-21 09:14
@wqgme88
近期大家都在說單級(jí)PFC,而我給大家送上一瓢涼水。單級(jí)看上去很美,但在安規(guī)上存在很大漏洞,當(dāng)初設(shè)計(jì)PFC時(shí)沒有考慮單獨(dú)做成電源時(shí)的情況,沒有PWM的OVP,OCP,OPP保護(hù),做成隔離式包括光耦,輸出肖特基(快恢復(fù))都是原PFC電路的一部分,是一個(gè)整體。我看了很多工程師設(shè)計(jì)的單級(jí)PFC電路,如果做大單會(huì)存在后級(jí)恒流問題,因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)LM358,AP4310,101AC這些IC時(shí)包括供電和比較器輸入輸出口是純直流的狀況,現(xiàn)在是大紋波的電壓,使這些IC存在誤差,引起部分恒流IC無緣無故的故障。另外用電子負(fù)載測(cè)試是去除紋波后的直流部分,而在帶LED測(cè)試時(shí),由于LED是二極體產(chǎn)生整流效應(yīng),使實(shí)際電流純電流部分偏大,這是很大的紋波電流引起的。后來我一直有一個(gè)想法,LED電流中紋波電流部分對(duì)LED有沒有直接影響?這需要實(shí)驗(yàn)。
應(yīng)該說現(xiàn)在很多出來的芯片都有這些功能,如果沒有的話也是可以用外圍電路來做的,也不是很復(fù)雜的!關(guān)健是這種電源相對(duì)于普通的反激式還是有一定的區(qū)別的,所以相對(duì)來說不好做,做的好的電源也不多,但確實(shí)是有!這可能對(duì)工程師的理論和模電的要求更高一些!
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pin0208
LV.7
24
2010-09-02 16:53
@home222222
關(guān)健是你沒有做過單極PFC的電源量產(chǎn)!有很多問題只有從設(shè)計(jì)到樣機(jī)再到小批才能發(fā)現(xiàn)問題!

我們生產(chǎn)了1.2K,10個(gè)不良品。為PCB板短路和變壓器開路造成的。

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aven
LV.2
25
2010-09-08 16:18

第三步:計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP

        查磁芯資料,PQ3230AL值為:5140nH/N^2,在設(shè)計(jì)反激變壓器時(shí),要留一定的氣息。選擇小于0.1倍的AL值比較合適。在這里AL我們?nèi)。?/span>

         

                        AL=260nH/N^2

        則: NP =(500/0.26)^0.5=44

 

請(qǐng)問計(jì)算所有的變壓器NP的時(shí)候AL都取0.06呢???????????????????

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pin0208
LV.7
26
2010-09-09 18:12
@aven
第三步:計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP:       查磁芯資料,PQ3230的AL值為:5140nH/N^2,在設(shè)計(jì)反激變壓器時(shí),要留一定的氣息。選擇小于0.1倍的AL值比較合適。在這里AL我們?nèi)。?nbsp;                               AL=260nH/N^2       則:NP=(500/0.26)^0.5=44 請(qǐng)問計(jì)算所有的變壓器NP的時(shí)候AL都取0.06呢???????????????????

請(qǐng)看19貼。謝謝!要綜合考慮到線經(jīng)大小等等的。不過對(duì)于反激電源的變壓器來說,氣隙大點(diǎn)有兩個(gè)好處(前提是在線經(jīng)滿足要求的情況下。):

1、氣隙大點(diǎn)更不容易進(jìn)入飽和。

2、氣隙大點(diǎn)比較好生產(chǎn),在批量生產(chǎn)時(shí),一致性比較好。推薦的氣隙大小是大于0.3mm。

要做到0.3mm以上,實(shí)際AL值一般在理論值的0.1倍以下了。

又是一位愛學(xué)習(xí)的同僚。

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aven
LV.2
27
2010-09-10 10:03
@pin0208
請(qǐng)看19貼。謝謝!要綜合考慮到線經(jīng)大小等等的。不過對(duì)于反激電源的變壓器來說,氣隙大點(diǎn)有兩個(gè)好處(前提是在線經(jīng)滿足要求的情況下。):1、氣隙大點(diǎn)更不容易進(jìn)入飽和。2、氣隙大點(diǎn)比較好生產(chǎn),在批量生產(chǎn)時(shí),一致性比較好。推薦的氣隙大小是大于0.3mm。要做到0.3mm以上,實(shí)際AL值一般在理論值的0.1倍以下了。又是一位愛學(xué)習(xí)的同僚。
我還是不明白AL跟氣隙的關(guān)系方程式,還有氣隙是怎么計(jì)算出來的,氣隙要在什么條件出來的結(jié)果是最佳的。多謝樓主!
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pin0208
LV.7
28
2010-09-10 12:29
@aven
我還是不明白AL跟氣隙的關(guān)系方程式,還有氣隙是怎么計(jì)算出來的,氣隙要在什么條件出來的結(jié)果是最佳的。多謝樓主!

呵呵,我是一般憑經(jīng)驗(yàn)的,一開始做電源時(shí)會(huì)去算算,后來就憑經(jīng)驗(yàn)了,實(shí)踐才是唯一的真理,做變壓器樣品時(shí),一般提供一個(gè)不含浸再自己調(diào)調(diào),調(diào)到溫升和效率最好的點(diǎn)就好了。(比較笨吧!但是做起來比較好用哦),計(jì)算只是作為指導(dǎo)而已。(特別是電感量,匝比要按算得來噢。)你要想學(xué)的話就看看《返馳式變壓器設(shè)計(jì)原理》,電源網(wǎng)有得下載的。

lg = 0.4π*Lp*Ipp / (ΔB*Ae) = Np2*μo*Ae / Lp

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lxmpanther
LV.5
29
2010-09-10 13:05

初級(jí)對(duì)次級(jí)是不是高了點(diǎn)啊、

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pin0208
LV.7
30
2010-09-10 13:09
@lxmpanther
初級(jí)對(duì)次級(jí)是不是高了點(diǎn)啊、
44/26=1.7  VOR=48*1.7=81.2V   最大占空比     81.2/(81.2+85)=0.488,用的是800V的MOSFET,有什么問題嗎?個(gè)人認(rèn)為VOR取75-85V是比較合適的。
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aven
LV.2
31
2010-09-10 15:10
@pin0208
呵呵,我是一般憑經(jīng)驗(yàn)的,一開始做電源時(shí)會(huì)去算算,后來就憑經(jīng)驗(yàn)了,實(shí)踐才是唯一的真理,做變壓器樣品時(shí),一般提供一個(gè)不含浸再自己調(diào)調(diào),調(diào)到溫升和效率最好的點(diǎn)就好了。(比較笨吧!但是做起來比較好用哦),計(jì)算只是作為指導(dǎo)而已。(特別是電感量,匝比要按算得來噢。)你要想學(xué)的話就看看《返馳式變壓器設(shè)計(jì)原理》,電源網(wǎng)有得下載的。lg=0.4π*Lp*Ipp/(ΔB*Ae)=Np2*μo*Ae/Lp

lg = 0.4π*Lp*Ipp / (ΔB*Ae) 中Ipp應(yīng)該是平方吧,ΔB的值怎么取呢?

Np2*μo*Ae / Lp中Np2是次極的匝數(shù)吧,μo值怎么取呢?

有勞樓主了。

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