2系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)
2.1電路拓?fù)涞倪x擇
研究開發(fā)和生產(chǎn)的開關(guān)電源從20世紀(jì)70年代和崛起中的AC / DC DC / DC兩大類開關(guān)電源在過去幾十年的發(fā)展，幾十種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于各種開關(guān)電源供電系統(tǒng)。每種拓?fù)涠加懈髯缘膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇范圍將直接影響到開關(guān)電源的設(shè)計(jì)是好還是壞[7]。
設(shè)計(jì)的LED電源驅(qū)動程序之前，首先要選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們應(yīng)該熟悉的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。依賴于它的電路設(shè)計(jì)選擇---選擇組件，環(huán)路補(bǔ)償，其核心部件的設(shè)計(jì)等。如果你改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些將改變它。因此，正式的設(shè)計(jì)之前，花一些時間來仔細(xì)檢查開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)規(guī)范，以確保選擇適當(dāng)?shù)碾娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，會有事半功倍的效果。
許多開關(guān)電源的書籍大多只介紹了幾十電路拓?fù)洌挥幸粋€大致的介紹每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的作品。但一些優(yōu)勢和劣勢各類型電路拓?fù)鋾?/span>當(dāng)然，沒有介紹如何從電路選擇合適的電路拿出指導(dǎo)。但事實(shí)上，最新的評論文章已經(jīng)指出，只有諧振變換器電路拓?fù)鋽?shù)量多達(dá)上百種。因?yàn)槭聦?shí)上，幾乎任何一種電路為一個給定的應(yīng)用是可行的[8]。
這個項(xiàng)目是一個小功率LED的結(jié)構(gòu)簡單，功率drivers.Because，體積小，低功耗的LED電源驅(qū)動的設(shè)計(jì)，是使用最廣泛的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 iWatt公司的1706系列，我們選擇，所以我們選擇的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這里我們就不做太多的選擇的原因。本主題重點(diǎn)介紹變壓器的設(shè)計(jì)，反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工程，我們將在下文提到，我們不會做其他電路拓?fù)涞慕榻B。
2.2反激變換器的基本工作原理

  

圖2.1一個典型的反激式轉(zhuǎn)換器電路
基本工作原理如下：在圖2.1中，當(dāng)?shù)腗OS1傳導(dǎo)，次級整流二極管D2反向切斷負(fù)載電源的輸出電容C1所示。變壓器T1相當(dāng)于一個純電感，電流流通過初級線圈線性增加在繁忙的IP。當(dāng)?shù)腗OS1關(guān)閉，所有繞組的電壓反向。反激電壓的次級整流二極管D2的導(dǎo)通狀態(tài)，初始存儲能量的數(shù)量在同一時間被轉(zhuǎn)移到次級負(fù)載電流，而輸出電容充電（Q1的能量傳導(dǎo)損失）。目前在下一個周期開始之前下降到零，電路工作在斷續(xù)模式。
2.3返馳式轉(zhuǎn)換器的操作模式
反激式轉(zhuǎn)換器，隔離變壓器，能起到儲能電感和變壓器磁芯的作用，在直流偏磁狀態(tài)，以防止飽和，我們經(jīng)常要加入一個較大的空氣間隙，通常是比較低的值在變壓器的初級電感。反激式轉(zhuǎn)換器通常是根據(jù)輸出電流的連續(xù)性，可以劃分成斷續(xù)模式（DCM），連續(xù)模式（CCM），當(dāng)前的關(guān)鍵模式（BCM）。
2.3.1連續(xù)導(dǎo)通模式
DCM的連續(xù)電流模式，如圖2.2所示，當(dāng)二次電流線性下降之前，下一個周期的開關(guān)導(dǎo)通，目前已經(jīng)下降到0，然后在間歇模式運(yùn)作的電路。
間歇運(yùn)行模式電路的工作，關(guān)閉次級整流二極管的電流應(yīng)力非常小，傳導(dǎo)開關(guān)，二極管已經(jīng)完全關(guān)閉，以避免二極管的反向恢復(fù)問題。如果二極管的反向恢復(fù)電流尖峰的存在，它會帶來電磁干擾。
 
圖2.2 DCM模式
2.3.2連續(xù)模式
CCM的連續(xù)電流模式，如圖2.3所示，二次電流線性減小，當(dāng)電流并沒有減少到0，下一個開關(guān)周期已經(jīng)傳導(dǎo)。這種現(xiàn)象被稱為連續(xù)操作模式。
連續(xù)模式電感的要求比在非連續(xù)模式變壓器的變壓器體積笨重。
如果他們是間歇運(yùn)行模式的工作，引起的負(fù)荷變化，占空比調(diào)節(jié)范圍，調(diào)整困難，使非連續(xù)模式一般為小負(fù)荷變化的場合使用。如果負(fù)載的變化，選擇連續(xù)操作模式。

圖2.3 CCM模式
3反激式變壓器的設(shè)計(jì)
反激式變壓器開關(guān)的能量儲存在closed.When在開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，變壓器釋放能量，所以之間的電感器和變壓器??的反激式變壓器，不是真正的變壓器[8]。在這種情況下，設(shè)計(jì)參數(shù)：IN：90V-265V AC，輸出：11.5 V320毫安;開關(guān)頻率：72KHZ; IC的工作電壓：10V。

3.1回掃變壓器磁原則
變壓器的功能，對變壓器繞組匝數(shù)比決定其通過的電流流電壓。
切換到管導(dǎo)通，VIN的增加，在變壓器初級繞組施加VINR = VIN / N，這個電壓，使輸出二極管的反向傳導(dǎo)的二次電壓。初級繞組的匝數(shù)，通過二次繞組沒有電流流過。
變壓器繞組電壓的兩端，可以從以下電壓推導(dǎo)公式：
（3-1）
由于兩個線圈纏繞在相同的核心，因此繞組的磁通及磁通變化率相同。因此得到：
（3-2）
上面的公式表示，電壓互感器的原則，應(yīng)該指出的是，變壓器電壓比和蜿蜒流過的電流無關(guān)。
我們知道，打開開關(guān)上的回掃變壓器商店在能源。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，儲存的能量需要釋放。在這點(diǎn)在任何情況下電壓會自動調(diào)整，使能量的釋放，它可以假設(shè)二極管導(dǎo)通開關(guān)關(guān)閉時。假設(shè)在一個恒定的值，輸出電容電壓V0，在二次繞組的一端接地，整個V0的電壓（忽略二極管壓降）;根據(jù)變壓器的原理，電壓轉(zhuǎn)換到主轉(zhuǎn)換后的電壓為：
（3-3）
在此期間，開關(guān)被關(guān)閉，通常情況下，初級電壓VIN。在圖3.1所示，主電壓互感器二次轉(zhuǎn)換主他們疊加電壓VOR，最后的玫瑰VIN +的VOR（忽略關(guān)斷電壓峰值）。

圖3.1變壓器的漏極電壓波形
因此，在傳導(dǎo)過程中開關(guān)，初級線圈，以確定所有的繞組電壓。開關(guān)在關(guān)閉期間，次級線圈繞組電壓決定。
由伏秒規(guī)則公式（為了確保核心是不飽和）：
（3-4）
                          （3-5）
                         （3-6）
占空比是：
（3-7）
注意：
在回掃變壓器設(shè)計(jì)的時候，當(dāng)IC的要求操作在DCM模式下，占空比一般是先采取0.4-0.45之間的經(jīng)驗(yàn)值。
這里的電壓和截止電壓又是在繞組兩端，而不是一端的電壓之間的電壓。要確定基準(zhǔn)點(diǎn)，測量電壓時，測量點(diǎn)電壓的電壓。
參考點(diǎn)，測量變壓器用示波器相同的名稱，可以判斷主變壓器次級繞組和輔助繞組側(cè)引腳的電壓波形。
下面討論，目前小學(xué)和中學(xué)，回掃變壓器目前最終的變壓器電流計(jì)算公式之間的關(guān)系，它不是嚴(yán)格意義上的基本變壓器功能，因?yàn)椴煌ㄟ^流動的回掃變壓器初級繞組和二次windingis目前，似乎他們不是。
事實(shí)上，回掃變壓器初級繞組和次級繞組電流的關(guān)系是建立能源，我們知道，能表達(dá)的核心是：
（3-8）
但不回掃變壓器的初級和次級線圈的電流流經(jīng)在同一時間通過初級繞組電流的能量流必須是平等的核心能量，都是平等的（忽略紋波電流）。
                         （3-9）
LP和LS是初級電感和次級電感。
                       （3-10）
                       （3-11）
代入的能量公式，初級電流和次級電流關(guān)系：
（3-12）
確保變壓器的總安匝的價值是不能突變，目前的初級線圈和次級線圈的電流不會流入通過在同一時間，它不會影響上述電流方程，電感上的電流不能突變有些類似。
3.2核心材料的類型的選擇
大多數(shù)開關(guān)電源與電源變壓器鐵氧體磁芯。鐵氧體一般是三氧化二鐵和錳，氧化鋅，高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體磁感應(yīng)強(qiáng)度中等，高電阻率，低損耗，低價格應(yīng)該是高頻率使用的混合。開關(guān)頻率是比較高的，我們可以選擇的鐵氧體材料或MPP，完美的設(shè)計(jì)都必須考慮。在這里，我們只考慮鐵氧體材料，以便引進(jìn)，因?yàn)椋绻适且粯拥模萂PP的鐵氧體磁芯體積更小，所以我們選擇了鐵氧體材料的核心。
3.3核心的選擇
3.3.1鐵氧體磁芯的幾何
核心市場上的類似形狀的范圍很廣，但核心的性能是有很大區(qū)別。為了完成變壓器的設(shè)計(jì)，我們需要選擇不同類型的核心。從幾種不同結(jié)構(gòu)的變壓器磁芯的幾何尺寸如下：（1）EE核心（2）（3）歐共體和ETD核心RM磁芯PQ磁芯（4）（5）LP核心（6）鍋核心）（提供）由TDK公司
EE型磁芯是使用最廣泛的，在圖3.2所示，線圈的核心是不完全由鐵素體活纏，所以才會有更大的磁場EMI-RFI的。從中間的空氣流動，使變壓器冷卻。中央支柱，圓形，方形，圓形的核心比多平方米的核心優(yōu)勢，同一地區(qū)的中心柱的情況下，每個線圈的長度之交前者比后者，輪流相同數(shù)量的情況下，短循環(huán)核心的線性阻抗也小，相應(yīng)的銅損耗和溫升應(yīng)小。
  
圖3.2 EE型磁芯
圖3.3顯示了歐盟的核心部分，在圓形的中間部分，蜿蜒十分便利。傷口面積增加，大功率開關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)。其核心的罐形磁芯和E型及其對開幕式的每一側(cè)的圓柱之間的核心部分之間的交叉，從而使繞組電阻降低到最低限度。長柱設(shè)計(jì)的漏感。歐共體的核心，通常用于差模和電源變壓器

圖3.3 EC型磁芯
扣除非經(jīng)常性的核心是一個變壓器或電感器的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。在圖3.4所示，圓柱可降低繞組電阻。 ，并專門優(yōu)化，以提高效率的電力變壓器的尺寸。扣除非經(jīng)常性核心的典型應(yīng)用包括差模電感器和電源變壓器。

圖3.4開航類型的核心
在圖3.5所示，RM磁芯EE和灌木狀的核心是，核心結(jié)構(gòu)是一個更有效的罐狀的核心，其鐵素體更廣泛的開槽，所以這種適用于高輸出功率或輸出功率的核心。

圖3.5 RM型磁芯
在圖3.6所示的PQ型磁芯的體積和輻射面積，繞線面積之間的比率是最好的。為核心的損失是成正比的熱輻射能力為核心，體積和輻射表面積，因此，一個給定的輸出功率的條件下，PQ磁芯的最低溫度上升成正比。和PQ磁芯體積和繞線面積的比例是最佳的，所以相同的輸出功率變壓器的尺寸是最小的。

圖3.6 PQ型核心
LP型的核心是專為小尺寸的變壓器。中心列在圖3.7所示，是很長，這樣可以降低漏感。

  

圖3.7 LP型的核心
灌木狀的核心通常是用于低功耗水平（不超過125W）DC / DC轉(zhuǎn)換器，主要優(yōu)點(diǎn)是幾乎完全是在鐵氧體材料，從而有效地降低了輻射磁場內(nèi)線圈骨架的中心柱，主要用于EMI或RFI要求的場合。
在這種情況下，我們選擇EE16型磁芯。
3.3.2核心的選擇
磁性元件的設(shè)計(jì)一般需要增加氣隙以提高能源的核心存儲容量。否則，其核心是容易達(dá)到飽和。鐵氧體磁芯（所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用），我們一般采用下列公式為核心的選擇：
                      （3-13）
在F的單位是千赫。
R - 紋波率，通常為0.5。
實(shí)際的核心數(shù)量，我們可以查詢規(guī)范AE，LE的價值，用公式：
                                 （3-14）
計(jì)算實(shí)際的核心數(shù)量，只要核心的實(shí)際體積大于核心的計(jì)算量。
3.4核心材料的選擇
選擇“為核心材料的磁芯損耗與頻率和峰值磁通密度的變化曲線的參考因素。因?yàn)椴煌暮诵牟牧希诵念l率和峰值磁通密度變化的損失，正確的磁芯材料會降低磁芯損耗。
在圖3.8，PE22和PC40磁芯損耗的材料和鐵氧體磁芯的磁通密度（由TDK公司提供）所示：
 
圖3.8磁芯損耗和磁通密度的關(guān)系
在圖3.9所示，PE22和PC40（由TDK公司提供）兩種材料的鐵氧體磁芯，磁芯損耗和溫度之間的關(guān)系：

圖3.9磁芯損耗和溫度
在圖3.10所示，鐵氧體磁芯的電感系數(shù)比較兩種材料PE22和PC40（TDK公司提供）：

圖3.10電感系數(shù)比較兩種材料
我們發(fā)現(xiàn)，在相同的溫度比PE22小，PC40電感系數(shù)，PC40磁芯損耗是比PE22電感系數(shù)更大。相同的電感，所需的線圈匝數(shù)少，降低了銅損。因此，在這種情況下，我們選擇了鐵氧體磁芯材料PC40。
3.5空氣間隙的選擇
在圖3.11所示，通常的做法是為了防止回掃變壓器磁芯飽和，核心加氣隙。有兩種方法的核心，加上空氣間隙。其一是使用了堅(jiān)實(shí)的鐵氧體磁芯。磨EE型或鍋核心的中央支柱的一部分，可形成氣隙。在sertion在兩個U形或UU的核心交界處的塑料板材，從而獲得所需氣隙。更常用的方法是使用的MPP（坡莫合金粉）的核心，這里是沒有做太多這種方法介紹。

在圖3.11中的核心加上滯后環(huán)的空氣間隙的影響
氣隙大小：
                        （3-15）
磁感應(yīng)強(qiáng)度：
                                                （3-16）
空氣間隙的選擇是不小于0.25-0.5mm的（10-20Mil的），因?yàn)楹诵牡纳a(chǎn)過程將是0.025-0.05mm的誤差（即1-2mil）。如果空氣間隙小于10-20Mil的，為自己的最佳選擇與氣隙核心的，以確保AL大小，而不是空氣隙的大小。
3.6回掃變壓器初級/次級匝數(shù)比
選定的核心模式，我們應(yīng)該確定小學(xué)和中學(xué)的匝數(shù)比，我們可以切換壓力值，初步確定了初級/次級匝數(shù)比，如果我們假設(shè)整流壓降0.7V.leakage電感的電壓值的心室晚電位，開關(guān)能夠承受最大電壓應(yīng)力：
                （3-17）
3.7選擇初級匝數(shù)
根據(jù)法拉第定律的無量綱形式來計(jì)算圈主號碼[8]：
                    （3-18）
其中，Np是初級繞組匝數(shù);ΔB為磁通量密度，T臺，AE是有效的核心區(qū)，單位毫米，是最小直流輸入電壓，V為單位，是時間上的最大，單位毫秒。
3.8初級峰值電流和初級電感
在傳導(dǎo)過程中切換，初級線圈的恒定，電流線性上升的電壓，斜坡的di / dt = VDC / LP。傳導(dǎo)年底前，初級電流上升到IP = V直流噸/ LP，變壓器儲存能量：
                          （3-19）
              （3-20）
開關(guān)電源的效率;
而且由于
                     （3-21）
所以
                                       （3-22）
初級峰值電流：
                                                 （3-23）
因此，根據(jù)初級峰值電流，初級電感值：
                                               （3-24）
3.9初級RMS電流和導(dǎo)線尺寸
當(dāng)初級電流是三角波，傳導(dǎo)時間是最大的直流輸入電壓最小時的初級峰值電流有效值[9]：
                                            （3-25）
根據(jù)初級RMS電流和電流密度，初級線圈的裸區(qū)：
                                                （3-26）
J是導(dǎo)體的電流密度，A/cm2的;
注：根據(jù)附錄中的電線規(guī)格表，我們可以查詢到所使用的電線規(guī)格。
3.9.1次級RMS電流和導(dǎo)線尺寸
由于初級電流和次級電流和匝數(shù)比的大小是成反比的，二次電流是三角波，所以
                                  （3-27）
次級RMS電流和電流密度，的次級線圈裸露面積：
                                               （3-28）
J是導(dǎo)體的電流密度，A/cm2的;
注：根據(jù)附錄中的電線規(guī)格表，我們可以查詢到所使用的電線規(guī)格。
3.9.2初級繞組，二次繞組和輔助繞組銅損
電流在線圈的熱效應(yīng)，會產(chǎn)生銅損，銅損計(jì)算，我們一般首先找到每個繞組的等效電阻：
                                          （3-29）
然后計(jì)算出銅喪失：
                                            （3-30）
3.9.3磁芯損耗
磁芯損耗一般由磁滯損耗，渦流損耗和剩余損耗。剩余的損失將低于1MHz以上，一般的開關(guān)頻率可以忽略不計(jì)。我們通常可以分為三場失利的經(jīng)驗(yàn)公式如下：
                                      （3-31）
相關(guān)資料顯示，PC40鐵氧體磁芯材料;
4選擇IC
LED電源驅(qū)動IC的供應(yīng)廠家，如iWatt公司，NXP的觀點(diǎn)的力量，考慮到市場的成本和IC時間，我們選擇了IW1706 iWatt公司公司-00，iWatt公司2011年5月推出的芯片公司已更新IC市場，但I(xiàn)C還不是很成熟和穩(wěn)定，在研究和發(fā)展的過程中會遇到更多的麻煩，所以我們選擇的IW1706-00，其中約1萬元，批量采購成本將降低成本。

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