返馳式轉換器計算機
估算基本返馳式功率級的理想工作週期、轉換器電流與切換週期能量。
計算返馳式轉換器參數
此初步模型假設變壓器匝數比為 1:1,並採用連續導通下的理想電壓轉換關係。
關於返馳式轉換器計算
返馳式轉換器在一次側開關導通時,將能量儲存在耦合電感中;開關關閉時,再把能量傳送至二次側與負載。本計算機依輸入電壓、輸出電壓、輸出功率、效率及切換頻率,提供實用的初步工作參數。顯示的理想工作週期假設一次側與二次側匝數相同。在此假設下,伏秒平衡可得工作週期等於輸出電壓除以輸入與輸出電壓的總和。
平均輸出電流為輸出功率除以輸出電壓。效率低於一時,平均輸入電流會大於輸出功率除以輸入電壓,因為電源也必須提供轉換器損耗所需的功率。每個切換週期的輸入能量等於輸入功率除以切換頻率。這些平均量有助於掌握設計規模,但並非開關、二極體、繞組或電容器的峰值與均方根電流。返馳波形呈脈衝狀,因此元件應力可能遠高於平均值。
變壓器匝數比會改變電壓與工作週期的關係。一次側對二次側的匝數比不為一時,必須納入反射輸出電壓。二極體順向壓降、開關壓降、繞組電阻、漏感、緩衝電路損耗、死區時間及控制模式限制,也會使實際轉換器偏離理想結果。不連續與連續導通模式各有不同的電流波形和設計公式。激磁電感及允許的峰值電流,決定每週期實際可儲存多少能量。
進行詳細磁性元件設計前,可利用這些輸出初步評估轉換比、電源電流、負載電流及每週期能量是否合理。完整設計必須考慮全輸入範圍、負載範圍、變壓器磁芯面積、磁通密度、氣隙、導線電流密度、隔離要求、沿面距離、空間距離、溫升、電磁干擾、控制迴路穩定性與暫態電壓應力。選擇半導體及電容器時,需保留適當的電壓、電流、漣波、溫度與安全裕度。市電輸入及高壓返馳電路可能殘留致命能量,必須經合格人員審查設計,並遵循安全實驗室作業程序。
返馳式轉換器範例
| 電氣輸入參數 | 計算結果 | 設計情境 |
|---|---|---|
| 12 V 轉 24 V, 48 W, 80%, 100 kHz | 66.67% 工作週期; 5 A 輸入電流; 600 µJ | 理想 1:1 升壓估算 |
| 48 V 轉 12 V, 60 W, 90%, 200 kHz | 20% 工作週期; 1.389 A 輸入電流; 333.33 µJ | 理想 1:1 降壓估算 |
| 24 V 轉 24 V, 36 W, 85%, 150 kHz | 50% 工作週期; 1.765 A 輸入電流; 282.35 µJ | 等電壓基準 |
如何估算返馳參數
- 輸入工作輸入電壓與目標輸出電壓。
- 輸入提供給負載的輸出功率與預期轉換效率。
- 輸入以千赫茲為單位的切換頻率。
- 選擇「計算返馳參數」,查看理想工作週期及平均電流。
- 選擇元件前,請進行詳細的磁性與應力計算。
常見問題
本計算機假設什麼變壓器匝數比?
理想工作週期結果假設一次側與二次側匝數相等。不同匝數比會改變反射電壓,因而改變所需工作週期。
顯示的電流是峰值電流嗎?
不是。這些是依功率平衡求得的平均電源與負載電流。開關、二極體及繞組的峰值或均方根電流,需搭配導通模式與激磁電感計算。
為什麼效率會影響輸入電流?
輸入功率必須同時涵蓋有效輸出功率與損耗。因此,在相同輸入電壓及輸出功率下,效率越低,所需電源電流越大。
每週期能量是什麼意思?
它是平均輸入功率除以切換頻率,表示每週期處理的能量規模,但無法單靠它決定激磁電感或峰值電流。
可以根據這個結果製作市電轉換器嗎?
不可以。這只是初步理想估算。市電輸入轉換器需要專業處理隔離、暫態應力、EMI、熱特性、保護及適用安全標準。