PSR原邊反饋開關電源變壓器設計

下面結合實際來講講我對PSR原邊反饋開關電源設計的“獨特”方法——以實際為基礎。

　　要求條件：

　　全電壓輸入，輸出5V/1A，符合能源之星2之標準，符合IEC60950和EN55022安規及EMC標準。

　　因充電器為了方便攜帶，一般都要求小體積，所以針對5W的開關電源充電器一般都采用體積較小的EFD-15和EPC13的變壓器，此類變壓器按常規計算方式可能會認為CORE太小，做不到，如果現在還有人這樣認為，那你就OUT了。

　　磁芯以確定，下面就分別講講采用EFD15和EPC13的變壓器設計5V/1A 5W的電源變壓器。

　　1. EFD15變壓器設計

　　目前針對小變壓器磁芯，特別是小公司基本都無從得知CORE的B/H曲線，因PSR線路對變壓器漏感有所要求。

　　所以從對變壓器作最小漏感設計入手：已知輸出電流為1A，5W功率較小，所以銅線的電流密度選8A/mm2,次級銅線直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

　　通過測量或查詢BOBBIN資料可以得知，EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。

　　因次級采用三重絕緣線，0.4mm的三重絕緣線實際直徑為0.6mm.

　　為了減小漏感把次級線圈設計為1整層，次級雜數為：9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts.

　　因IC內部一般內置VDS耐壓600~650V的MOS，考慮到漏感尖峰，需留50~100V的應力電壓余量，所以反射電壓需控制在100V以內，得：(Vout+VF)*n100,即：n100/(5+1),n16.6,取n=16.5,得初級匝數NP=15*16.5=247.5取NP=248，代入上式驗證，(Vout+VF)*(NP/NS)100,即(5+1)*(248/15)=99.2100,成立。

　　確定NP=248Ts.假設:初級248Ts在BOBBIN上采用分3層來繞，因多層繞線考慮到出線間隙和次層以上不均勻，需至少留1Ts余量(間隙)。

　　得：初級銅線可用外徑為：9.2/(248/3+1)=0.109mm，對應的實際銅線直徑為0.089mm，太小(小于0.1mm不易繞制)，不可取。

　　假設:初級248Ts在BOBBIN上采用分4層來繞，初級銅線可用外徑為：9.2/(248/4+1)=0.146mm，對應的銅線直徑為0.126mm，實際可用銅線直徑取0.12mm。

　　IC的VCC電壓下限一般為10~12V，考慮到至少留3V余量，取VCC電壓為15V左右，得：NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts.因PSR采用NV線圈穩壓，所以NV的漏感也需控制，仍然按整層設計，得：NV線徑=9.2/(38+1)=0.235mm, 對應的銅線直徑為0.215mm，實際可用銅線直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線并饒。

　　到此，各線圈匝數就確定下來了。

　　下面來確定繞線順序。

　　因要工作在DCM模式，且采用無Y設計，DI/DT比較大，變壓器磁芯研磨氣隙會產生穿透力強雜散磁通導致線圈測試渦流，影響EMC噪音，所以需先在BOBBIN上采用0.1mm直徑的銅線繞滿一層作為屏蔽，且引出端接NV的地線。

　　繞完屏蔽后，保TAPE1層;再繞初級，按以上計算的分4層繞制，完成后包TAPE 1層;為減小初次級間的分布電容對EMC的影響，再用0.1mm的線繞一層屏蔽，包TAPE 1層;再繞次級，包TAPE 1層;再繞反饋，包TAPE 2層。

　　可能有人會說：怎么沒有計算電感量?

　　因前面說了，CORE的B/H不確定，所以得先從確定飽和AL值下手。把變壓器CORE中柱研磨一點，然后裝上以上方式繞好的線圈裝機，并用示波器檢測Rsenes上的波形，見下圖中R5.

　　輸入AC90V/50Hz，慢慢加載，觀察CORE有沒有飽和，如果有飽和跡象，拆下再研磨……直到負載到1.1~1.2A剛好出現一點飽和跡象，(此波形需把波形放大到滿屏觀察最佳)OK,拆下變壓器測量電感量，此時所測得的電感量作為最大值依據，再根據廠商制造能力適當留+3%~+5%的誤差范圍和余量，如：測量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH.