LED开关万宁变压器的计算在电器控制系统中的应用

LED开关万宁变压器的计算在电器控制系统中的应用

      随着技术和PWM技术的迅速发展和不断完善,LED开关以其优越的性价比得到广泛应用.但是,市场调查和研究分析表明,由于分立式结构、可靠性及成本高等问题,目前小开关在家电领域的应用仍局限于声像及变频技术系列产品.此外,电磁兼容性的问题也是阻碍其应用推广的主要因素之一.近年来,高度集成的单片式LED防雨开关控制芯片不断涌现,使上述问题得到了有效解决.本文根据多年的家用电器控制器方面的设计生产经验,针对冰箱、洗衣机以及空调等家用电器控制系统辅助的共同特点,以TNY268P系列单片式集成芯片为核心,设计了一种通用性强、易于集成的专用开关电路.

　万宁变压器的设计
1）磁芯选择.万宁变压器的设计包括万宁变压器的工作模式确定、磁芯尺寸形状选择、原/绕组的参数计算及万宁变压器的绕制等.TinySwitch有连续、不连续和完全不连续3种模式.为了降低电磁干扰网址：http://www.lcjbc.com/,减小输出滤波电容的容量,本设计选择不连续工作模式.为了满足TNY268P芯片132kHz的工作频率,减小泄漏磁场,选用低成本的EE22型锰锌铁氧体磁芯.
   万宁变压器参数计算.

①确定******占空比Dmax

式中,Pomax为总输出******;η为效率;VImin为初级绕组直流输入电压的最小值.

②计算KDP
　　
KDP表示TinySwitch的关断时间与磁芯泄放能量时间的比例系数,其大小决定芯片的工作模式, KDP≥1工作在不连续模式.

    1.gif                                          式中,VOR为初级感应电压. 
　
③原绕组的电感量及匝数.

  　　
2.gif                                            式中,fs为开关频率.

式中,Al为磁芯的电感系数.同理可根据计算公式计算次级主输出绕组的匝数以及每匝电压值,以确定其他次级绕组的匝数.

④导线线径计算.

首先计算电流峰值和有效值,然后选取电流密度为400c.m./A,求出导线的横截面积;最后根据计算值再重新计算占空比,核算窗口面积是否满足设计要求.

3）万宁变压器的绕制技术.
万宁变压器的绕制是设计的关键环节.绕制时必须注意初级绕组要绕在最里层且设计成两层以下,以减小初级绕组的分布电容和产生的电磁干扰,缩短导线的长度.为增强抗EMI的能力,反馈绕组可置于初、次级绕组之间.次级绕组以输出的大小为依据,大的靠近初级绕组以减小漏感,如果绕组匝数较少,应使绕组均匀充满整个骨架.

1.3.2　辅助电路的设计

TNY268P系列芯片的内保护电路比较完善,外部保护电路的设计相对简单.除了过流保护、EMI滤波器外,主要是保护电路的输入欠压检测电路、散热设计等.

1）欠压电路设计

TNY268P内部集成输入欠压检测电路,通过EN/UV端的外接电阻R2和R3监控输入电压.当输入电压较低或突然降低时,R2和R3检测电压值只要低于欠压阀值电压（AC170V）,TNY268P自动关断,以达到保护目的.

2）钳位保护电路设计

单片式开关属于单管电路,在TNY器件关断瞬间由万宁变压器的漏感引起的尖峰电压较高,将会导致TNY器件的损坏.R1,D5和C5构成的RCD吸收回路使TNY器件的漏极电压限制在700V以下,防止TNY器件的损坏.另外为有效地降低噪声,设计时D5选高压稳压二极管VDz,C5选压电效应很小的聚脂薄膜电容;R1取100kΩ～150kΩ.

3）反馈电路设计

由于该应用于电器控制系统,所以要求精度和稳定性较好.为满足设计要求,采用TL431型可调式精密并联稳压器,以提高输出电压的稳定性.电压反馈电路应从LC滤波器的前面引出,LC的谐振频率要高,以滤出开关噪声电压.

4）散热设计

TNY268P芯片属于DIP-8封装,无需外接散热片,靠铜箔接地并起到散热作用,在PCB设计时需直接焊接在PCB上,并尽量增大敷铜面积,周围留足够的散热空间,必要时在其顶端用胶粘上散热片,增加散热效果.除上述所涉及的参数之外,还有输入、输出整流滤波电路的设计。

2　电磁兼容性设计

电磁兼容性（EMC）已成为检验家电产品质量优劣的重要指标,开关工作在开关状态,其内部电压及电流的波形都是瞬变的,所产生的干扰主要有尖峰干扰、射频干扰和噪声,属于强噪声源,且频率越高噪声越大.从某种程度上说,电磁兼容性问题成了阻碍开关、在家用电器控制系统中推广应用的主要因素之一.因此,在家用电器控制系统的辅助设计中,研究电磁兼容性设计是重要环节.设计过程中还需要从以下几个方面考虑:

1）电磁干扰抑制.在交流输入加EMI滤波器,或带金属屏蔽外壳EMI滤波器,以避免电磁干扰发射.PCB布局时,EMI滤波器远离输出级CB板上的相关导线应尽量短而宽,尤其漏极的引线要尽可能短,从而******限度地减小射频干扰.

2）瞬态干扰的抑制.瞬态干扰会造成单片开关输出电压的波动,严重时会损坏器件,必须采取措施加以抑制.交流采用三线输入方式,G端接通大地;在初、次级绕组之间并联一只安全电容C13,以减小级间耦合;初、次级绕组之间绕3～5层0.05mm厚的聚脂绝缘胶布,降低万宁变压器的分布电容,减小瞬态峰值电流;提高整流地址：山东省聊城市高新技术产业开发区聊牛路98号桥耐压值并适当增加输入滤波器C1的容量;在交流进线端并联一只压敏电阻ZR1对浪涌电压进行钳位.

3）噪声的抑制.噪声主要由电容和万宁变压器产生.采用特殊的胶合剂粘接磁芯,降低因磁芯之间产生相对位移而引起的噪声;选择磁通密度较低的磁芯,例如将磁通密度从0.3T减小到0.2T时,可使噪声降低10dB～15dB.

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