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单级PFC高频变压器设计

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世界和平
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LV6
高级工程师
  • 2019-12-31 16:14:38


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:

微信图片_20191231160150.png
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。  



nc965
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