小功率充电器的设计

图6 励磁电流及磁滞回线

按图6中的磁路工作状态，对磁芯尺寸计算公式推导如下：

据电磁感应定律 e=－Np(dφ/dt) e=E－Uces

若忽略V7饱和压降Uces，则 Npdφ=Edt

NpΔφ=Eton
Δφ=ΔBSC
Np=(E×104ton×10－6/Δ BSC)=Eton/100ΔBSC （8）
E=100NpΔBSC/ton (9)

式中：104--磁通密度单位换算系数；
　　　10－6--导通时间单位换算系数；
　　　SC--磁芯截面积，单位cm2；
　　　Δ B--一般取0.7Bs（饱和磁密），单位T；
　　　ton--单位μs。

所选磁芯窗口面积So应能绕下初、次级绕组，所以有如下公式关系：


为了便于公式推导，设Ip=Is=I，Np=Ns则：

式中：Ko--铜线占空系数，一般取 Ko=0.2～0.5；
　　　KC--磁芯占空系数，铁氧体取KC=1；
　　　j--导线中电流密度，一般取j=2～3A/mm2；
　　　10－2--导线截面积尺寸单位换算系数。

变压器设计容量 PT=EI (11)

将式（9）、式（10）代入式（11）

PT=(100NpΔBSC/ton)(100KoKCSoj/2Np)
　=ΔBSCSoKoKCj×104/2ton

SoSC=2PTton×10－4/ΔBKoKCj(cm4)

变压器初、次级功率关系为：

Ps=ηPT Po=Ps－PD

式中：Ps--变压器次级输出功率；
　　　PD--输出端二极管等损耗功率。

若忽略PD，则：

Po=ηPT

SoSC=2Poton/ηΔBjKoKC(cm4) (12)

据式（12）计算So、SC，选取磁芯尺寸、规格。

3）绕组匝数的计算

Np=100Eton/ΔBSC (13)

为了满足电路要求，式中E、ton应取最大值，单端反激电路变压器原边绕组兼有电感作用。其电感所需量由下式计算：

Lp=Eton/Ip(μ H) （14）

式中：ton单位用μs

用下式核算Np绕组匝数能否满足电感量要求：

L′p=(0.4πN2pSC×10－8)/(Lδ＋LC/μC) （μH） （15）

式中：μC--磁芯材料有效导磁率；
　　　LC--磁芯磁路平均长度（cm）；
　　　Lδ--磁芯中空气隙长度（cm）。

若Lp≤L′p，则加大Np，以达到电感量要求。

变压器匝比的选取：

若不考虑次级整流压降及变压器内损等因素的影响，则
n=Ep/Eo、Ns=nNp/D

同理可计算
NF=(Ns/Uo)Up

4）导线直径选取计算

若取j=2.5A/mm2则：d=0.7 (mm) (16)

据式（16）计算出各绕组导线直径并选取规格值，验算磁芯窗口面积能否绕下各绕组，若绕不下，则重复上述有关设计计算。

5）验算次级绕组放电常数，τs应小于toff

τs=Ls/RL=(L′p/n2)/RL=L′p/（n2RL）

toff=T/2，T=1/f，所以toff=1/（2f）

toff>τs为验算原则。若不能满足则重复上面有关计算。

2.2 各主要元器件的选用

1）功率开关管的选用

根据式（7），开关管耐压应≥E＋nUo，一般取(2.5～4)Emax。

开关功率管的电流由下式计算确定：Ipmax=2U2o/ηDER1min

2）电容C2、C3的选定

C2电压应大于1.1××220V；
C3电压根据输出电压而定。

C2、C3电容量的选用原则是：

C2Rp=(4～5)T50；
C3RL=(4～5)T。

式中：T50--频率为50Hz时对应的工作周期；
　　　Rp、C2--放电等效电阻、电容；
　　　T--变压器工作频率对应的周期。

由此可以推算电容量。

3 、电路调试

1）变换器工作频率调整

调IC4脚的R7和C9可达到调整工作频率的目的。

2）功率开关管导通时间ton的调整

调R3和R5可达到调整ton的目的。

3）过流保护工作点的调整

调R12可达到调整过流保护工作点的目的。

4、 结语

　　用单端反激变换电路制作全自动充电器是笔者对单端反激变换电路探讨实践的总结。用此电路已经设计制作了100W以内的全自动充电器30多台，使用效果良好，并通过厂家技术鉴定。应用本文所介绍的技术可省去复杂的控制电路和IC，不仅降低了成本，而且大大提高了可靠性，综合效益显著。

作者简介

　　姚化民（1944－），男，工程师。曾先后在8901厂、132厂、115厂、618研究所就职，从事开关电源研制工作30余年，现受聘于西安宏庆电器设备公司，从事开关电源技术开发应用工作。