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【設(shè)計(jì)大賽】5W開關(guān)電源充電器DIY設(shè)計(jì)

參賽類型:開關(guān)電源

    現(xiàn)在在市場(chǎng)上買的電池充電器基本不可能不會(huì)把電池的肚子搞大,當(dāng)然是小攤上那種,就算這樣小攤上的現(xiàn)在也要賣5-15塊錢。已經(jīng)有兩塊電池被他們搞大肚子了。正好手里有幾個(gè)IC,所以計(jì)劃做這樣一個(gè)充電器,估計(jì)性能目前做不到最優(yōu)秀,但也只是希望不要再把電池的肚子搞大了,或許搞大她的肚子才能證明他強(qiáng)勁,小攤上賣的都是這么強(qiáng)勁的!

由于是自己使用,所以工作的電壓只需要設(shè)在我們國(guó)家的市電范圍即可,還別說(shuō),此時(shí)覺(jué)得自己居然連自己國(guó)家的電壓范圍都說(shuō)不上來(lái)!那就定為185-265Vac吧。至于輸出參數(shù),由于鋰電池的充電限制電壓都要求為4.2V(大多數(shù)手機(jī)電池上都是這樣寫的),也只是直接給電池充電,所以就把輸出電壓設(shè)為4.2V,電流設(shè)為1000mA,OK,現(xiàn)在可以學(xué)著大師們的足跡跳舞了,正式依葫蘆畫瓢,一步一步按照書中給的公式計(jì)算各參數(shù)。

還是先把變壓器參數(shù)計(jì)算出來(lái)吧

已經(jīng)知道輸入電壓最高為265Vac,最低電壓為185Vac,輸出電壓為4.2V,電流為1000mA,因此輸出功率為

Po=Vo*Io=4.2W

至于效率就先設(shè)為80%吧,因此輸入功率為

Pi=Po/η=5.25W

因那個(gè)IC的頻率為65-100KHz

根據(jù)Ap法可以選擇磁芯,因手里只有EE16的,所以就不選了。

接著再計(jì)算變壓器初級(jí)的峰值電流Ipk

Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

當(dāng)然有些老師寫的書里面的公式不是這樣子的,因此結(jié)果也會(huì)有些偏差,記得不知哪位老師的這個(gè)公工在除號(hào)下面還乘了一個(gè)效率。不知道是不是記錯(cuò)了,至于式中的K值是寫那本書的老師給的一個(gè)常數(shù),其值為5.5,至于為什么我現(xiàn)在是沒(méi)能研究出來(lái)!

現(xiàn)在計(jì)算初級(jí)電感量

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H感覺(jué)這公式算出來(lái)偏差太大了,所以此次試驗(yàn)性的取個(gè)3mH

有了初級(jí)電感量,現(xiàn)在來(lái)根據(jù)電感量計(jì)算初級(jí)圈數(shù)

Np=1000*根號(hào)下(Lp/Al)=162

再簡(jiǎn)單的估算下匝比

n=Vo/Vinmin=0.016灰常小,唉,怎么辦?

次級(jí)繞組圈數(shù)

Ns=Np*n=3圈,看著這么小,計(jì)劃分別用5,10圈試試

IC供電的繞組計(jì)算

Na=Ns*(Va/Vo)=21

由于只有0.12的線,所以初級(jí)就用0.12的線繞162圈,次級(jí)用6根并繞5圈。供電用一根繞21圈。

上原理圖

 


PCB圖

  


再?gòu)妮斎氲捷敵鰜?lái)確定每一個(gè)元件的參數(shù)

    首先是保險(xiǎn)的確定,保險(xiǎn)的耐壓是根據(jù)她的輸入電壓來(lái)確定,一般通用輸入和220左右電網(wǎng)的地方,保險(xiǎn)都是用250V的,至于120V電網(wǎng)的我還沒(méi)做過(guò),但應(yīng)該不用選250V耐壓的保險(xiǎn)吧,電流就是按輸入功率除以輸入電壓最小值來(lái)確定,理論上這樣就可以了,但考慮到開機(jī)時(shí)的瞬間大電流,所以一般選用的時(shí)候都選用額定電流在理論計(jì)算值的2.5倍左右的保險(xiǎn)。但功率較大的電源這樣都還是不太保險(xiǎn),因此有在整流管前串NTC電阻,在電路里面加緩起動(dòng)電路的。

壓敏電阻的選擇依據(jù)可根據(jù)壓敏電阻電壓≥Urms/0.64來(lái)選取




測(cè)試結(jié)果:

輸入220V時(shí)輸出電壓4.2V,帶載不行,帶載后電壓掉到3V左右,計(jì)劃先調(diào)整一下反潰補(bǔ)償?shù)脑?shù)看看效果。

先發(fā)一下,以保存,稍候再續(xù)

全部回復(fù)(59)
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2012-04-25 10:43

頂起來(lái)!哈哈

看見(jiàn)你啦!

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2012-04-25 11:11

反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換(無(wú)剩余);

輸出功率 P=Uout*Iout;變壓器轉(zhuǎn)換功率 Pi= Uout*Iout/η

每周波能量:p=(L*Ipk^2)/2;

秒轉(zhuǎn)換能量 Pi=p*f

輸出能量 P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

E=L*di/dt;

----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk;

P=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

=( Umin*η*Ton* Ipk^2)/ (2*T* Ipk)

=( Umin* Ipk *η* Ton)/( 2*T)

=( Umin* Ipk*η*D)/2;

---- Ipk=(2*P)/( Umin* D*η);

如果說(shuō)按D=0.5設(shè)計(jì),

Ipk=(4*P)/ (Umin*η),

考慮一般情況下效率,則:有樓主的

Ipk=(K*P)/ Umin。(K=5.5)

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qinzutaim
LV.11
4
2012-04-25 13:45
電流為1000mA的話好多手機(jī)電池會(huì)大肚子的,用到300-400mA就可以了....
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geek
LV.7
5
2012-04-25 15:14
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換(無(wú)剩余);輸出功率P=Uout*Iout;變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量:p=(L*Ipk^2)/2;秒轉(zhuǎn)換能量 Pi=p*f;輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt;----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk;則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η);如果說(shuō)按D=0.5設(shè)計(jì),則Ipk=(4*P)/(Umin*η),考慮一般情況下效率,則:有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

詳細(xì),受教了,學(xué)習(xí),頂你,還有請(qǐng)問(wèn)有這么詳細(xì)推導(dǎo)的書是哪本呢?

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geek
LV.7
6
2012-04-25 15:15
@qinzutaim
電流為1000mA的話好多手機(jī)電池會(huì)大肚子的,用到300-400mA就可以了....
我這電池有3.5A/H,所以做個(gè)來(lái)試試
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geek
LV.7
7
2012-04-25 15:19
@笨小孩1114
頂起來(lái)!哈哈看見(jiàn)你啦![圖片]
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2012-04-25 15:53
@geek
詳細(xì),受教了,學(xué)習(xí),頂你[圖片],還有請(qǐng)問(wèn)有這么詳細(xì)推導(dǎo)的書是哪本呢?
可能涉及開關(guān)電源理論的書籍都有吧,公式推導(dǎo)是印在腦子里的,基礎(chǔ)理論了。
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2012-04-25 16:00
先頂
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feitian9000
LV.7
10
2012-04-25 16:02
眼拙,沒(méi)看出用的什么IC。
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phoenix501
LV.1
11
2012-04-25 16:17
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換(無(wú)剩余);輸出功率P=Uout*Iout;變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量:p=(L*Ipk^2)/2;秒轉(zhuǎn)換能量 Pi=p*f;輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt;----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk;則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η);如果說(shuō)按D=0.5設(shè)計(jì),則Ipk=(4*P)/(Umin*η),考慮一般情況下效率,則:有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

你好,我想搭車問(wèn)個(gè)問(wèn)題,關(guān)于反激變壓器,CCM模式,原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算?方法一:通過(guò)計(jì)算L,然后由N^2=L/AL來(lái)計(jì)算Np;方法二:Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae),但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事,是最大磁密?是工作期間的磁密ΔB?是Bs-Br?還是別的什么...求指點(diǎn)...還有,我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書,怎么感覺(jué)好多地方作者說(shuō)的朦朦朧朧的,或者思維跳躍很大...

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r2271297
LV.6
12
2012-04-25 16:25

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H

 

這里Dmax和K值肯定要對(duì)應(yīng)啊,你這個(gè)計(jì)算過(guò)程真哭笑不得,錯(cuò)誤也太多了

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geek
LV.7
13
2012-04-25 16:40
@r2271297
“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1ALp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H 這里Dmax和K值肯定要對(duì)應(yīng)啊,你這個(gè)計(jì)算過(guò)程真哭笑不得,錯(cuò)誤也太多了[圖片]
我是摸石頭過(guò)河,你說(shuō)詳細(xì)點(diǎn),我改
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geek
LV.7
14
2012-04-25 17:02
@phoenix501
你好,我想搭車問(wèn)個(gè)問(wèn)題,關(guān)于反激變壓器,CCM模式,原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算?方法一:通過(guò)計(jì)算L,然后由N^2=L/AL來(lái)計(jì)算Np;方法二:Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae),但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事,是最大磁密?是工作期間的磁密ΔB?是Bs-Br?還是別的什么...求指點(diǎn)...還有,我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書,怎么感覺(jué)好多地方作者說(shuō)的朦朦朧朧的,或者思維跳躍很大...
我遺憾的告訴你,我從來(lái)沒(méi)去深究過(guò)Bm是什么,一般我高興的時(shí)候我就取Bm=3000Gs
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qinzutaim
LV.11
15
2012-04-25 17:06

樓主應(yīng)該再驗(yàn)算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?

我只看到匝比就覺(jué)得有問(wèn)題了

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geek
LV.7
16
2012-04-25 17:18
@qinzutaim
樓主應(yīng)該再驗(yàn)算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?我只看到匝比就覺(jué)得有問(wèn)題了[圖片]
謝謝 ,資料太零散,整理好可能要驗(yàn)算,也可能支接裝板試,Dm試的0.48,開關(guān)頻率100K,IC耐壓800V
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dxsmail
LV.11
17
2012-04-25 17:24
過(guò)來(lái)看看。。。
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geek
LV.7
18
2012-04-25 17:30
@dxsmail
過(guò)來(lái)看看。。。
多指點(diǎn)哈
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shootcs2005
LV.5
19
2012-04-25 17:53
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換(無(wú)剩余);輸出功率P=Uout*Iout;變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量:p=(L*Ipk^2)/2;秒轉(zhuǎn)換能量 Pi=p*f;輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt;----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk;則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η);如果說(shuō)按D=0.5設(shè)計(jì),則Ipk=(4*P)/(Umin*η),考慮一般情況下效率,則:有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)
大俠能否把CCM的一并推導(dǎo)一下,好讓大家對(duì)比一下!!謝謝?。?/div>
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feitian9000
LV.7
20
2012-04-26 10:49
@phoenix501
你好,我想搭車問(wèn)個(gè)問(wèn)題,關(guān)于反激變壓器,CCM模式,原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算?方法一:通過(guò)計(jì)算L,然后由N^2=L/AL來(lái)計(jì)算Np;方法二:Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae),但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事,是最大磁密?是工作期間的磁密ΔB?是Bs-Br?還是別的什么...求指點(diǎn)...還有,我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書,怎么感覺(jué)好多地方作者說(shuō)的朦朦朧朧的,或者思維跳躍很大...
Bm就是Bm了,工作最大磁密。至于去值要看你用的磁芯材料,一般安全點(diǎn)取在2000-2400Gs(200-240mT),因?yàn)榧词故荰DK的PC40,在120‘C時(shí),2400-2500Gs位置已經(jīng)是拐點(diǎn)了,取高了,在高溫下?lián)p耗比較大,發(fā)熱也比較大,很容易引起飽和。如果散熱比較好,可以取到2800Gs,3000Gs還是算了吧,接近極限狀態(tài)比較危險(xiǎn)。
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feitian9000
LV.7
21
2012-04-26 10:52
@shootcs2005
大俠能否把CCM的一并推導(dǎo)一下,好讓大家對(duì)比一下??!謝謝!!

反激,CCM,能量不完全轉(zhuǎn)換,每周波起始電流Ib、峰值電流Ip;K=Ib/Ip;

 

輸出  P=Uout*Iout

輸入轉(zhuǎn)換能量  Pi=P/η,P=Pi*η;

電感轉(zhuǎn)換能量  pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2;

                            Pi= L*f*(Ip^2-Ib^2)/2= L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T);

同樣          E=L*di/dt

                     Umin=L*(Ip-Ib)/Ton;

                     L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K));

                     P=Pi*η= L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)

= Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))

=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)/2

=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2;

 

Ip=2*P/( Umin*D*Ip*(1+K)*η);

就推到這了,次級(jí)的同樣用能量的原理推,只不過(guò)次級(jí)的

dt=Toff

Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2),

次級(jí)的E=Uout+Udiode;(Udiode是二極管壓降)

其實(shí)初級(jí)公式里面的E應(yīng)該含UminUds(Uce)的,只不過(guò)Uds(Uce)相對(duì)于Umin而言實(shí)在太小,忽略不計(jì)了。

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geek
LV.7
22
2012-04-26 14:38
一直在想,為什么當(dāng)輸出電壓狠低、最低輸入電壓為220V電網(wǎng)的時(shí)候,計(jì)算出來(lái)的初級(jí)電感量會(huì)很大,一般會(huì)達(dá)到幾十mH,究竟對(duì)還是不對(duì)?到現(xiàn)在為止還沒(méi)想通!
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qinzutaim
LV.11
23
2012-04-26 15:55
@geek
一直在想,為什么當(dāng)輸出電壓狠低、最低輸入電壓為220V電網(wǎng)的時(shí)候,計(jì)算出來(lái)的初級(jí)電感量會(huì)很大,一般會(huì)達(dá)到幾十mH,究竟對(duì)還是不對(duì)?到現(xiàn)在為止還沒(méi)想通!
這個(gè)和IC的工作模式及最大占空比選擇有關(guān),CCM和DCM模式算出來(lái)是差很遠(yuǎn)的....
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dxsmail
LV.11
24
2012-04-26 16:34
@qinzutaim
這個(gè)和IC的工作模式及最大占空比選擇有關(guān),CCM和DCM模式算出來(lái)是差很遠(yuǎn)的....

確實(shí)差非常多。。。

公式就可以看得出來(lái)了。。。。

一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。

而CCM的頻率在65KHz左右。。。。

所以變壓器都是不一樣的。。。。。

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geek
LV.7
25
2012-04-26 16:40
@dxsmail
確實(shí)差非常多。。。公式就可以看得出來(lái)了。。。。一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。而CCM的頻率在65KHz左右。。。。所以變壓器都是不一樣的。。。。。
這個(gè)IC有兩種頻率的,一種是65K,一種是100K
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shootcs2005
LV.5
26
2012-04-27 00:22
@feitian9000
反激,CCM,能量不完全轉(zhuǎn)換,每周波起始電流Ib、峰值電流Ip;K=Ib/Ip; 輸出 P=Uout*Iout輸入轉(zhuǎn)換能量 Pi=P/η,P=Pi*η;電感轉(zhuǎn)換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2;                           Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T);同樣         E=L*di/dt;                    Umin=L*(Ip-Ib)/Ton;                    L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K));                    P=Pi*η=L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)=Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)/2=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2; Ip=2*P/(Umin*D*Ip*(1+K)*η);就推到這了,次級(jí)的同樣用能量的原理推,只不過(guò)次級(jí)的dt=Toff,Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2),次級(jí)的E=Uout+Udiode;(Udiode是二極管壓降)其實(shí)初級(jí)公式里面的E應(yīng)該含Umin和Uds(或Uce)的,只不過(guò)Uds(或Uce)相對(duì)于Umin而言實(shí)在太小,忽略不計(jì)了。
分析的很精辟,??!辛苦了哦!??!
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dxsmail
LV.11
27
2012-04-27 08:24
@geek
這個(gè)IC有兩種頻率的,一種是65K,一種是100K
好的。。。繼續(xù)關(guān)注。。。。
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liyonghe
LV.7
28
2012-04-27 08:52
@geek
這個(gè)IC有兩種頻率的,一種是65K,一種是100K
安森美的芯片吧?
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geek
LV.7
29
2012-04-27 11:35

驗(yàn)證占空比的結(jié)果

 

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geek
LV.7
30
2012-04-27 11:48
@geek
驗(yàn)證占空比的結(jié)果[圖片] 
今天收到PCB板了,花了50塊;明天拍了再發(fā)出來(lái)。不曉得好久有時(shí)間焊板,還差幾個(gè)RS1M和LM321,天靈靈地靈靈,哪位好心人送我?guī)讉€(gè)行不行?
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2012-04-28 09:25
@feitian9000
反激,CCM,能量不完全轉(zhuǎn)換,每周波起始電流Ib、峰值電流Ip;K=Ib/Ip; 輸出 P=Uout*Iout輸入轉(zhuǎn)換能量 Pi=P/η,P=Pi*η;電感轉(zhuǎn)換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2;                           Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T);同樣         E=L*di/dt;                    Umin=L*(Ip-Ib)/Ton;                    L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K));                    P=Pi*η=L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)=Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)/2=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2; Ip=2*P/(Umin*D*Ip*(1+K)*η);就推到這了,次級(jí)的同樣用能量的原理推,只不過(guò)次級(jí)的dt=Toff,Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2),次級(jí)的E=Uout+Udiode;(Udiode是二極管壓降)其實(shí)初級(jí)公式里面的E應(yīng)該含Umin和Uds(或Uce)的,只不過(guò)Uds(或Uce)相對(duì)于Umin而言實(shí)在太小,忽略不計(jì)了。
為何在電感轉(zhuǎn)換能量的Pi中,第二個(gè)比第一個(gè)多了一個(gè)f?
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