資料介紹
單端反激開關(guān)電源變壓器設計:單端反激開關(guān)電源的變壓器實質(zhì)上是一個耦合電感,它要承擔著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工作于連續(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器的變壓器設計進行了總結(jié)。
1、已知的參數(shù)
這些參數(shù)由設計人員根據(jù)用戶的需求和電路的特點確定,包括:輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、每路輸出的功率Pout、效率η、開關(guān)頻率fs(或周期T)、線路主開關(guān)管的耐壓Vmos。
2、計算
在反激變換器中,副邊反射電壓即反激電壓 Vf 與輸入電壓之和不能高過主開關(guān)管的耐壓,同時還要留有一定的裕量(此處假設為150V)。反激電壓由下式確定:
Vf=VMos-VinDCMax-150V反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后,就可以確定原、副邊的匝比了。Np/Ns=Vf/Vout另外,反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態(tài),根據(jù)在穩(wěn)態(tài)下,變壓器的磁平衡,可以有下式:
VinDCMin?DMax=Vf?(1-DMax)
設在最大占空比時,當開關(guān)管開通時,原邊電流為Ip1,當開關(guān)管關(guān)斷時,原邊電流上升到Ip2。若Ip1 為0,則說明變換器工作于斷續(xù)模式,否則工作于連續(xù)模式。由能量守恒,我們有下式:
1/2?(Ip1+Ip2)?DMax?VinDCMin=Pout/η
一般連續(xù)模式設計,我們令 Ip2=3Ip1
這樣就可以求出變換器的原邊電流,由此可以得到原邊電感量:
Lp= DMax?VinDCMin/fs?ΔIp
對于連續(xù)模式,ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;對于斷續(xù)模式,ΔIp=Ip2 。
可由 AwAe 法求出所要鐵芯:
AwAe=(Lp?Ip2
2?104/Bw?K0?Kj)1.14
在上式中, Aw 為磁芯窗口面積,單位為cm2
Ae 為磁芯截面積,單位為cm2
Lp 為原邊電感量,單位為H
Ip2 為原邊峰值電流,單位為A
Bw 為磁芯工作磁感應強度,單位為T
K0 為窗口有效使用系數(shù),根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定,一般為0.2~0.4
Kj 為電流密度系數(shù),一般取395A/cm2
根據(jù)求得的 AwAe 值選擇合適的磁芯,一般盡量選擇窗口長寬之比比較大的磁芯,這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高,同時可以減小漏感。
有了磁芯就可以求出原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式:
Np=Lp?Ip2?104/Bw?Ae
再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時求的匝數(shù)不是整數(shù),這時應該調(diào)整某些參數(shù),使原、副邊的匝數(shù)合適。
為了避免磁芯飽和,我們應該在磁回路中加入一個適當?shù)臍庀?,計算如下?BR>lg=0.4π?Np
2?Ae?10-8/Lp
在上式中, lg 為氣隙長度,單位為cm
Np 為原邊匝數(shù),
Ae 為磁芯的截面積,單位為cm2
Lp 為原邊電感量,單位為H
至此,單端反激開關(guān)電源變壓器的主要參數(shù)設計完成。我們應該在設計完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器的損耗和溫升是否可以接受。同時,在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意。
1、已知的參數(shù)
這些參數(shù)由設計人員根據(jù)用戶的需求和電路的特點確定,包括:輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、每路輸出的功率Pout、效率η、開關(guān)頻率fs(或周期T)、線路主開關(guān)管的耐壓Vmos。
2、計算
在反激變換器中,副邊反射電壓即反激電壓 Vf 與輸入電壓之和不能高過主開關(guān)管的耐壓,同時還要留有一定的裕量(此處假設為150V)。反激電壓由下式確定:
Vf=VMos-VinDCMax-150V反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后,就可以確定原、副邊的匝比了。Np/Ns=Vf/Vout另外,反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態(tài),根據(jù)在穩(wěn)態(tài)下,變壓器的磁平衡,可以有下式:
VinDCMin?DMax=Vf?(1-DMax)
設在最大占空比時,當開關(guān)管開通時,原邊電流為Ip1,當開關(guān)管關(guān)斷時,原邊電流上升到Ip2。若Ip1 為0,則說明變換器工作于斷續(xù)模式,否則工作于連續(xù)模式。由能量守恒,我們有下式:
1/2?(Ip1+Ip2)?DMax?VinDCMin=Pout/η
一般連續(xù)模式設計,我們令 Ip2=3Ip1
這樣就可以求出變換器的原邊電流,由此可以得到原邊電感量:
Lp= DMax?VinDCMin/fs?ΔIp
對于連續(xù)模式,ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;對于斷續(xù)模式,ΔIp=Ip2 。
可由 AwAe 法求出所要鐵芯:
AwAe=(Lp?Ip2
2?104/Bw?K0?Kj)1.14
在上式中, Aw 為磁芯窗口面積,單位為cm2
Ae 為磁芯截面積,單位為cm2
Lp 為原邊電感量,單位為H
Ip2 為原邊峰值電流,單位為A
Bw 為磁芯工作磁感應強度,單位為T
K0 為窗口有效使用系數(shù),根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定,一般為0.2~0.4
Kj 為電流密度系數(shù),一般取395A/cm2
根據(jù)求得的 AwAe 值選擇合適的磁芯,一般盡量選擇窗口長寬之比比較大的磁芯,這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高,同時可以減小漏感。
有了磁芯就可以求出原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式:
Np=Lp?Ip2?104/Bw?Ae
再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時求的匝數(shù)不是整數(shù),這時應該調(diào)整某些參數(shù),使原、副邊的匝數(shù)合適。
為了避免磁芯飽和,我們應該在磁回路中加入一個適當?shù)臍庀?,計算如下?BR>lg=0.4π?Np
2?Ae?10-8/Lp
在上式中, lg 為氣隙長度,單位為cm
Np 為原邊匝數(shù),
Ae 為磁芯的截面積,單位為cm2
Lp 為原邊電感量,單位為H
至此,單端反激開關(guān)電源變壓器的主要參數(shù)設計完成。我們應該在設計完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器的損耗和溫升是否可以接受。同時,在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意。
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