正激轉換器計算機
計算隔離式正激 DC-DC 轉換器的責任週期、功率、輸入電流與切換週期。
設計正激轉換器
輸入正電氣數值、一次側對二次側匝數比、小數效率與切換頻率。
關於正激轉換器設計
正激轉換器是隔離式 DC-DC 拓撲,在主開關導通時,將能量從變壓器一次側傳至二次側。不同於返馳式轉換器,它不會刻意將整個週期的能量儲存在磁芯內。輸出整流器與電感將二次側脈衝平滑為穩壓直流輸出。本計算機依輸入電壓、目標輸出電壓與一次側對二次側匝數比估算理想責任週期,並計算輸出功率、所需輸入功率、平均輸入電流及切換週期。
採用的電壓關係為:輸出電壓等於責任週期乘以輸入電壓,再除以匝數比。整理後,責任週期等於輸出電壓乘以匝數比,再除以輸入電壓。因此匝數比必須一致地以一次側匝數除以二次側匝數輸入。超過百分之一百的責任週期無法實現,實際單開關正激轉換器通常還需要相當充足的磁芯重置餘裕。半導體壓降、繞組電阻、漏感、死區時間與控制限制也會降低可用輸出電壓。
輸出功率為輸出電壓乘以輸出電流。估算輸入功率則除以小數效率,因此 0.85 代表百分之 85。平均輸入電流為輸入功率除以輸入電壓。這些是適合初步功率級估算的穩態平均值,不是開關或繞組峰值電流。峰值取決於激磁電流、輸出電感漣波、變壓器設計、切換過程與選用的電流導通模式。切換週期為頻率倒數,以微秒顯示。
請在選擇控制器、變壓器、重置網路、整流器與輸出濾波器前,將結果用作初步設計檢核。確認整個輸入範圍的責任週期都符合控制器與磁芯重置限制。元件應依最壞情況的電壓、電流、溫度及暫態應力選型,而非只看標稱平均值。實際效率會隨負載與操作頻率改變,量產設計應以實測損耗或詳細損耗模型取代單一效率估計。絕緣間距、熱設計、電磁相容、控制迴路穩定性與故障保護也須另作工程分析。
正激轉換器範例
| 設計輸入 | 計算值 | 應用 |
|---|---|---|
| 24 V 轉 5 V,N 4,2 A,η 0.85 | 責任週期 83.333333%, 輸出 10 W | 低功率隔離電源 |
| 48 V 轉 12 V,N 3,5 A,η 0.88 | 責任週期 75%, 輸出 60 W | 中功率電源 |
| 400 V 轉 24 V,N 12,10 A,η 0.92 | 責任週期 72%, 輸出 240 W | 高壓輸入設計 |
如何計算正激轉換器
- 輸入最低工作輸入電壓與所需輸出電壓。
- 輸入變壓器一次側對二次側匝數比與輸出電流。
- 以小數表示效率,再以赫茲輸入切換頻率。
- 選擇「計算」,查看責任週期、功率、電流與切換週期。
常見問題
正激轉換器的責任週期如何計算?
將輸出電壓乘以一次側對二次側匝數比,再除以輸入電壓。理想結果須核對控制器及變壓器重置限制。
效率要以百分比輸入嗎?
請輸入小數,例如以 0.85 表示百分之 85。計算機據此估算輸入功率與平均輸入電流。
為何算出的責任週期可能不實用?
理想公式未計入重置時間、切換損耗及半導體壓降。實際轉換器需要責任週期餘裕,才能安全重置變壓器磁芯。
平均輸入電流等於開關峰值電流嗎?
不等於。顯示值為穩態功率平衡的平均電流。開關峰值還包含漣波與激磁電流,須透過詳細功率級設計求得。
切換頻率會改變什麼?
較高頻率縮短每個切換週期,並可能縮小磁性元件,但也可能增加切換與磁芯損耗,因此頻率是設計取捨。