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利用MAX13256 XFMR設(shè)計(jì)電子表格設(shè)計(jì)變壓器
如果您希望對(duì)電路提供更嚴(yán)格的控制，可以初步設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器，然后交給變壓器廠商進(jìn)行檢查。指定鐵氧體和磁芯，以及每個(gè)繞組的線規(guī)、匝數(shù)。即使您計(jì)劃采用定制變壓器，繞制一個(gè)初步的設(shè)計(jì)也有助于深入了解變壓器廠商的設(shè)計(jì)。
例如，假設(shè)我們?yōu)镸AX13256設(shè)計(jì)的變壓器提供9V @ 0.7A和5V @ 0.4A，電源為24V。該變壓器將有一個(gè)原邊和兩個(gè)副邊。
第一步是選擇鐵氧體材料。由于大多數(shù)設(shè)計(jì)使用MAX13256的內(nèi)部振蕩器，所以所選材料應(yīng)該在255kHz至700kHz保持良好的工作。盡量使用相對(duì)磁導(dǎo)率超過1，000、磁通密度高于0.25 T的材料。參見圖10。
我們嘗試使用N49鐵氧體材料3，利用數(shù)據(jù)資料填寫電子表格的鐵氧體參數(shù)。
圖10. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的鐵氧體數(shù)據(jù)。
在鐵氧體數(shù)據(jù)手冊第2頁，BS表示峰值系統(tǒng)密度，100° C時(shí)為400mT，輸入C2單元。C3單元計(jì)算降額最大磁通密度。利用降額磁通密度作為指導(dǎo)，幫助設(shè)定實(shí)際磁通密度。查閱數(shù)據(jù)手冊第5頁左下角有關(guān)相對(duì)磁芯損耗與頻率的關(guān)系曲線圖，200mT曲線停止在200kHz。為了在300kHz以上使用該材料，應(yīng)將磁通密度限制在100mT或以下?？梢試L試各種不同的磁通密度，注意較高的密度降低線損，較低的密度降低磁芯損耗。
本例中，選擇75mT，輸入C4單元。從同一圖表可知，500kHz下，100mT時(shí)的磁芯損耗約為700，50mT時(shí)約為100。幾何平均值約為265，所以在C5單元輸入磁芯損耗350kW/m3。較大的磁芯損耗考慮了500kHz以上工作的可能性。
第二步是選擇磁芯，本例中為Ferroxcube? EP134。根據(jù)數(shù)據(jù)資料，在電子表格的磁芯部分輸入數(shù)值，如圖11所示。
圖11. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的磁芯數(shù)據(jù)資料部分。
在磁芯數(shù)據(jù)資料的第693頁左上部，可查到具體磁芯的參數(shù)。參數(shù)有磁芯的橫截面積、有效長度以及有效體積。窗口區(qū)域?yàn)橛糜诶p繞導(dǎo)線的空間，對(duì)于該EP13磁芯數(shù)據(jù)手冊，必須根據(jù)第693頁的圖1計(jì)算得到。窗口區(qū)域?yàn)榇判緮?shù)據(jù)資料第693頁圖1底部插圖的無陰影區(qū)域。
在第696頁可查到每匝平均長度（MLT）。導(dǎo)線并非直接纏繞在磁芯上，而是纏繞在線圈架上，后者決定繞組相關(guān)的參數(shù)。
然后，在表格中輸入相應(yīng)的電壓和電流，如圖12所示。
圖12. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的V和I部分。
這些參數(shù)取自于電源電路的設(shè)計(jì)要求。如圖13所示。
圖13. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的開關(guān)頻率和峰值電流。
電子表格的C22單元為MAX13256內(nèi)部橋式開關(guān)的導(dǎo)通電阻總和，也就是數(shù)據(jù)手冊中ROH、ROL之和。典型值為1.6Ω。按照最差工作條件分析，將C22單元更改為2.5Ω，這是最大導(dǎo)通電阻值。電子表格C20單元是最小開關(guān)頻率，單位為kHz。如果使用內(nèi)部振蕩器作為時(shí)鐘，該值為510kHz；如果使用外部時(shí)鐘，在此輸入CLK引腳的最低頻率。
為防止過載和電路故障，MAX13256限制提供給變壓器原邊的峰值電流。ITH引腳電阻設(shè)置該限流門限。除非需要更嚴(yán)格地限制輸入電流，ITH引腳電阻應(yīng)為1KΩ，保證500mA峰值電流限值。如果ITH電阻值高于1KΩ，則在C5單元輸入限流值；否則，使用默認(rèn)值0.5A。
現(xiàn)在先將初步設(shè)計(jì)放在一邊，選擇導(dǎo)線和匝數(shù)，這是一個(gè)迭代過程。逐步調(diào)整匝數(shù)和導(dǎo)線尺寸，直到得到合適的變壓器。增加匝數(shù)降低磁芯的峰值磁通密度，降低磁芯損耗；然而，增加匝數(shù)就不得不使用較細(xì)的導(dǎo)線，以滿足空間要求，進(jìn)而又增大了電阻和繞組損耗。
從MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的匝數(shù)設(shè)置部分開始。如圖14所示。
圖14. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的用戶匝數(shù)部分。
注意C30、C31和C32單元中的值，這些是所要求的最小匝數(shù)。我們首先將這些值分別輸入C35、C36和C37單元，如圖14所示。D35、D36和D37單元顯示“GOOD”。如果其中某個(gè)或多個(gè)單元顯示“NOT ENOUGH TURNS”，則必須增加相應(yīng)的匝數(shù)。
我們繼續(xù)，觀察電子表格線圈部分。
圖15. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的用戶導(dǎo)線部分。
電子表格根據(jù)匝數(shù)和允許的繞組面積，在C51、C53和C55單元顯示推薦的導(dǎo)線規(guī)格，用戶可對(duì)其進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在，只需將其復(fù)制到C59、C60和C61單元，如圖15所示。如果D66單元顯示“OVERSTUFFED”，則必須調(diào)高C59、C60和C61單元的數(shù)值，直到顯示“GOOD”。
如果設(shè)計(jì)會(huì)在正常工作期間觸發(fā)MAX13256的過載保護(hù)電路，D86單元會(huì)顯示另一項(xiàng)警告，表示“PK CURRENT TOO HIGH”。警告的原因要么是原邊繞組不足，要么是試圖轉(zhuǎn)換的功率超出了MAX13256的能力。由于MAX13256峰值電流限值為0.5A，提供的電源必須小于供電電壓的一半。例如，電源為24V時(shí)，MAX13256將不能提供高于12W的功率。參見圖16。
圖16. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的輸出電壓部分。
圖3所示為兩種常見的副邊整流器拓?fù)洹?duì)于全波整流器，輸出電壓跌落為2倍的二極管壓降，而推挽式架構(gòu)下的跌落電壓只為一個(gè)二極管壓降。查閱二極管數(shù)據(jù)手冊，確定每個(gè)二極管的預(yù)期正向?qū)妷骸Ｈ绻形催x擇二極管，在C98和C103輸入表1建議的默認(rèn)值，然后在選好二極管后以接近數(shù)值替代。
注意，C99和C104單元結(jié)果用于計(jì)算輸出電壓。我們得到的不是9V和5V，而是7.6V和4.4V。我們需要增加副邊匝數(shù)，以提高電壓。
調(diào)整C36和C37單元的副邊繞組匝數(shù)，直到這些電壓適當(dāng)高于所要求的電壓。副邊匝數(shù)為10匝和6匝時(shí)，我們得到的是9.6V和5.4V?，F(xiàn)在，D66單元顯示“OVERSTUFFED”。本例中，增大匝數(shù)造成磁芯窗口區(qū)域的導(dǎo)線太多，注意圖17電子表新的推薦值。
圖17. 新用戶導(dǎo)線建議值。
現(xiàn)在，D35、D36、D37、D66或D86單元有警告顯示。當(dāng)原邊為22匝24線規(guī)，9V副邊為10匝22線規(guī)，5V副邊為6匝24線規(guī)時(shí)，預(yù)期輸出為9.6V @ 0.7A （C99單元），5.4V @ 0.4A （C104單元）。
E105、F105和G105單元估算功耗。本例中，MAX13256功耗大約為0.5W，變壓器功耗為大約0.25W，整流二極管功耗約為1W。
圖18. MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的修正輸出電壓部分。
最后一步是生產(chǎn)變壓器，在實(shí)驗(yàn)室搭建原型，然后驗(yàn)證電路工作是否安全。參見圖18。
如果您考慮使用中心抽頭的副邊，利用該電子表格，確保副邊匝數(shù)與副邊線規(guī)相匹配。
結(jié)論
由于匝數(shù)比決定了輸出電壓，必須謹(jǐn)慎選擇配合MAX13256設(shè)計(jì)工作的變壓器。除了選擇專門針對(duì)MAX13256設(shè)計(jì)的變壓器外，也可選擇滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。如果以上兩種途徑都不滿足需求，可定制或設(shè)計(jì)專用變壓器。利用基本信息和本文提供的簡單設(shè)計(jì)步驟，能夠快速地從基本概念設(shè)計(jì)出實(shí)際電路，搭建原型并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證。
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評(píng)論