基于LED照明电源的单级PFC高频变压器设计详细步骤

发布日期：2012-09-18

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，要留一定的气息。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。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。

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