1、 Engineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 1 - Transformer Design Considerations of using On-Bright OB2212 Power Switch 1、 引言 OB2212 是采用原边检测和控制的反激式 PWM 开关器，无需次级侧反馈和控制回路，因此变压器设计就成了决定输出电压调整率和 EMI 的重要参数。 本文主要介绍采用 OB2212 芯片的 Flyback 变换器的变压器设计要点。 2、 设计流程 图 1 设计流程图 On
2、-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 2 - 3、 详细设计步骤 3.1 输入输出参数确定 表 1 输入参数规格 输入参数 85Vac264Vac 输入电压频率 47Hz63Hz 输出电压 Vo 最大输出电流 Io 满载效率 85V 3.2 磁芯选择 OB2212 芯片主要应用在 5W-16W 以下的 Charger/Adapter 中，正常工作频率 50kHz，可以根据变压器供应商提供的产品手册选择磁
3、芯， 或者根据下表推荐选择， 下表推荐参数应用于宽输入电压范围，单路输出电压 15V 以下。 表 2 磁芯选择列表 输出功率 EI Core EE Core EF Core EPC Core 5W-10W EI16 EE16 EE19 EPC17 EPC19 10W-16W* EE19 EE22 EF20 * 全电压或者单电压 230V Open Frame (50 环境温度 ) 条件下工作 3.3 输入电容容量选择原则 对于 85V264V 输入电压，一般根据每瓦特输出功率 2F3F 输入电容，即 2F3F /W。 3.4 最小输入电压 根据输入电容容量和输入整流二极管的导通时间 Tc 决定
4、输入最低直流电压 VDCMIN，经验 Tc 取值3ms，计算公式如下： incinpkacDCMINCTTPVV=222min_(1) 其中 T=1/fLine=20ms On-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 3 - 3.5 变压器匝比 建议 OB2212 芯片工作在 DCM 模式，最大占空比范围 Dmax=0.400.49 根据最小输入电压满载工作条件时，系统工作的占空比最大，因此有： ()DCM
5、INFoVDDVVN =+maxmax1(2) 其中 VF是输出二极管正向压降 则，变压器匝比可按照下式计算： FoDCMINVVVDDN+=maxmax1(3) 3.6 原边峰值电流 DCM 工作模式下，最小输入电压时原边平均电流为： DCMINoDCMINinavgVPVPI=(4) 因此， DCM 工作模式下原边峰值电流为： max2DVPIDCMINopk=(5) 3.7 原边电感量 根据原边峰值电流，计算原边电感量： pkonDCMINmITVLmax_= (6) 3.8 原边、副边绕组匝数 根据 Faraday 定律，原边绕组匝数可按下式计算 : BATVNeonDCMINp=ma
6、x_(7) 根据匝比，副边绕组匝数为： NNNp=sec(8) 3.9 VDD绕组匝数 OB2212 芯片供电电压最大值 OVP 为 27V， UVLO 值为 8.5V，基本上为 3 倍左右关系，所以 CC模式工作范围基本上可以确定，如输出电压为 9V，进入 UVLO 时输出电压基本设定在 3V 左右，因此可以确定 VDD绕组匝数。 On-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 4 - secNVVVNFo
7、DDVDD+= (9) 3.10 最大工作磁通密度验证 根据计算的原边匝数、电感量、峰值电流验证变压器的最大工作磁通密度 : satpepkmmBNAILB = (10) Bsat一般选择为 3000T，如果 BmBsat，选择磁芯合适，否则需要选择 Ae更大些的磁芯。 3.11 原边有效电流值 原边电流为三角波形，峰值和有效值之间的关系为： 3max_DIIpkRMSP= (11) 3.12 副边电流有效值 副边电流同样为三角波形，峰值和有效值之间关系为： 31max_DINIpkRMSS= (12) 3.13 MOSFET 最大峰值电压 反激变换器 MOSFET 最大值决定于输入电压最大值
8、、输出反射电压 NVo 和 Spike 电压，即 spikeoDCMAXDSVNVVV +=max_(13) OB2212 芯片内置 MOSFET 为 600V， Vds_max560V 即可 3.14 线径选择 根据输入输出电流有效值确定变压器原、副边绕组线径，一般取电流密度为 5A/mm2。 3.15 变压器绕线结构及工艺 变压器会因为绕组绕制方式不同而在电气特性和 EMI 上有很大差别，尤其是对于采用原边控制的OB2212 芯片，需要注意以下三点： 1) 为了提高输出电压负载调整率，希望特别注意输出绕组和辅助反馈绕组的耦合度 2) 为了减小漏感，还需要注意原边绕组和输出绕组之间耦合度，但
9、是 EMI 的考虑却同以上相反，原边绕组和辅助反馈绕组同属于一次侧绕组， 输出绕组属于二次侧绕组， 为了更好的 EMI 特性，要求一次侧绕组和二次测绕组之间有一定的间隔 3) 各绕组每一层要绕满，如果不满，可以采用减小线径，多股并饶的方式 On-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 5 - 4、 9V1.0A(9.0W) 设计实例 4.1 输入输出参数确定 表 3 输入参数规格 输入参数 85Vac264
10、Vac 输入电压频率 47Hz63Hz 输出电压 9V 最大输出电流 1.0A 满载效率 85V 75% 4.2 磁芯选择 输出功率为： Po=9*1.0=9.0W 输入功率为： Pin=9.0/0.75=12W 选择 TDK PC40 EE19 磁芯， Ae=23mm2。 4.3 输入电容容量选择原则 根据输出功率，考虑 EMI 特性，选择 型滤波器，输入电解电容选择为 6.8F /22F。 4.4 最小输入电压 根据公式有： () VCTTPVVincinpkacDCMIN91108.28107122285226322min_=(14)4.5 变压器匝比 最大占空比选择为 Dmax=0.4
11、7 则，变压器匝比为： 6.84.099153.047.01maxmax=+=+=FoDCMINVVVDDN (15) 4.6 原边峰值电流 DCM 工作模式下原边峰值电流为： ADVPIDCMINopk56.047.0911222max=(16) On-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 6 - 4.7 原边电感量 根据原边峰值电流，计算原边电感量： mHITVLpkonDCMINm5.156.04.
12、991max_= (17) 在实际测试过程中，为了提高效率，可以适当增大电感量，取在 Lm=1.9mH2.1mH，原边峰值电流 Ipk 会适当降低。 4.8 原边、副边绕组匝数 原边绕组匝数为 : TBATVNeonDCMINp1262900234.991max_= (18) 根据匝比，副边绕组匝数为： TNNNp146.8/126sec= (19) 4.9 VDD绕组匝数 输出电压满载时 9V，系统进入 auto-recovery 状态时，输出电压大概 3.0V 左右，此时 VDD 大概在 8.5V9V。 TNVVVNFoDDVDD34145.35.8sec=+= (20) 实际调试过程中，
13、由于漏感存在，按照实际计算的辅助绕组匝数会导致 VDD电压偏高，一般在计算基础上减少 34T 左右，根据实际调试选择辅助绕组匝数为 30T 4.10 最大工作磁通密度验证 根据计算的原边匝数、电感量、峰值电流验证变压器的最大工作磁通密度 : TBTNAILBsatpepkmm30002900 = (21) 4.11 原边、副边电流有效值 ADIIpkRMSP22.03max_= (22) ADINIpkRMSS1.231max_= (23) 4.12 MOSFET 最大峰值电压 VVVNVVVspikeoDCMAXDS5605489085373max_=+=+= (24) On-Bright
14、Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 7 - 4.13 线径选择 根据电流密度和电流有效值选择： 原边绕组线径： 0.18mm 副边绕组线径： 0.4mm 辅助绕组电流比较小， 线径选择主要考虑铺满一层， 不要过高增加绕线高度为适宜， 选择 0.12mm双股并绕。 4.14 变压器绕线结构及工艺 根据 EMI 和性能参数调试，选择变压器绕制顺序为： 辅助绕组 Vdd 8T Tape 隔离 输出绕组 sec copper
15、 隔离 原边绕组 pri copper 隔离 42AB1N1N3N23Shield图 2 变压器电气原理图 图 3 变压器绕制顺序图 On-Bright Strictly Confidential to CGEEngineering Notice On-Bright Electronics Strictly Confidential OB_DOC_EN_12A0 - 8 - Step Winging Material Start Turns Finish Remark 1 TAPE Isolation Tape W=9.0mm 3 2 N3 0.12*2 2UEW 1 30 3 3 TAPE
16、Isolation Tape W=9.0mm 8 4 N2 0.4*1 Triple Insulated Wire A 14 B 5 TAPE Isolation Tape W=9.0mm 3 6 COPPER Copper foil 0.05mm*9.0mm 3 1 7 TAPE Isolation Tape W=9.0mm 3 8 N1 0.18*1 2UEW 2 42 C 9 N1 0.18*1 2UEW C 42 C 10 N1 0.18*1 2UEW C 42 4 11 TAPE Isolation Tape W=9.0mm 2 12 COPPER Copper foil 0.05m
17、m*9.0mm 3 1 13 TAPE Isolation Tape W=9.0mm 2 图 4 变压器绕组顺序 表 3 变压器电气参数 Test Condition Test Results Electrical Strength Pin1-3 to Pin2-4 Pin1-3/2-4 to Pin A-B 1000VAC 2000VAC Primary Inductance All windings open 1.9mH2.1mH at 10kHz,1V Primary Leakage Inductance Pin A and B shorted 60uH at 10kHz,1V On-Bright Strictly Confidential to CGE
