单级PFC高频变压器设计

单级 PFC 高频变压器设计

随着 LED 照明的应用越来越普及，对 LED 电源的需求也越来越大，由于LED 照明电源要求：民用照明 PF 值必需大于 0.7，商业照明必需大于 0.9。对于10~70W 的 LED 驱动电源，一般采用单级 PFC 来设计。即节省空间又节约成本。接下来我们来探讨一下单级 PFC 高频变压器设计。
    以一个 60W 的实例来进行讲解：
输入条件：
    电压范围：176~265Vac    50/60Hz    PF>0.95
    THD<25%
    效率 ef>0.87
输出条件：
    输出电压：48V
    输出电流：1.28A
第一步：选择 ic 和磁芯：
    Ic 用士兰的 SA7527，输出带准谐振，效率做到 0.87 应该没有问题。
    按功率来选择磁芯，根据以下公式：

Po=100*Fs*Ve

Po：输出功率；100：常数；Fs：开关频率；Ve：磁芯体积。

    在这里，Po=Vo*Io=48*1.28=61.44；工作频率选择：50000Hz；则：

Ve=Po/（100*50000）

=61.4/（100*50000）=12280 mmm

PQ3230 的 Ve 值为：11970.00mmm，这里由于是调频方式工作。完全可以满足需求。可以代入公式去看看实际需要的工作频率为：51295Hz。
第二步：计算初级电感量。
    最小直流输入电压：VDmin=176*1.414=249V。
    最大直流输入电压：VDmax=265*1.414=375V。
    最大输入功率：Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W（设计变压器时稍微取得比总效率高一点）。
    最大占空比的选择: 宽电压一般选择小于 0.5，窄电压一般选择在 0.3左右。考虑到 MOS 管的耐压，一般不要选择大于 0.5 ，220V 供电时选择 0.3 比较合适。在这里选择：Dmax=0.327。
    最大输入电流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A
    最大输入峰值电流：Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A
    MOS 管最大峰值电流：Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A
    初级电感量：Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)*10^3  

                             =0.327*0.327*176/（2*0.39*50000）*1000

                             =482.55 uH

    取 500uH。
第三步：计算初级匝数 NP：
    查磁芯资料，PQ3230 的 AL 值为：5140nH/N^2,在设计反激变压器时，要留一定的气隙。选择 0.6 倍的 AL 值比较合适。在这里 AL 我们取：

AL=2600nH/N^2

    则： NP =(500/0.26)^0.5=44
第四步：次级匝数 NS：
    VOR=VDmin*Dmax
            =249*0.327=81.4
    匝比 n=VOR/Vo=81.4/48=1.696
    NS=NP/n=44/1.686=26
第五步：计算辅助绕组 NA
    查看 IC 的 datasheet，知道 VCC 为 11.5~30V。在这选 16V。
    NA=NS/（Vo*VCC）=26/（48/16）=8.67 取 9。
绕法：

总结
通过样品的测试，实验结果为：整机效率 0.88，PF 值：176V 时 0.989；220V 时 0.984；265V 时0.975；THD=18.2%；变压器温升 25K。在整个变压器设计过程中。简化了一些东西。比如二极管的压降。对比一下，与一般反激式的变压器有点一致。只是由于整流桥后没有接大容量的电解电容。实际的直流最低电压没有 1.414 倍。不足之处还请各位读者指正。