正激變換器中變壓器的設(shè)計(jì)知識(shí)

1、1 / 9正激變換器中變壓器的設(shè)計(jì)1 1 引言電力電子技術(shù)中，高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一是 電路部分的設(shè)計(jì)， 二是磁路部分的設(shè)計(jì)。 相對(duì)電路部分的設(shè)計(jì)而言， 磁 路部分的設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多。 磁路部分的設(shè)計(jì)， 不但要求設(shè)計(jì)者擁有全面 的理論知識(shí)， 而且要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 在磁路部分設(shè)計(jì)完畢后， 還必 須放到實(shí)際電路中驗(yàn)證其性能。由此可見，在高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中， 真正難以把握的是磁路部分的設(shè)計(jì)。 高頻開關(guān)電源的磁性元件主要包括 變壓器、電感器。為此，本文將對(duì)高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)，特別是 正激變換器中變壓器的設(shè)計(jì)， 給出詳細(xì)的分析， 并設(shè)計(jì)出一個(gè)用于輸入 48V48V（363672V

2、72V），輸出 2.2V2.2V、20A20A 的正激變換器的高頻開關(guān)電源變壓器。 2 2 正激變換器中變壓器的設(shè)計(jì)方法正激變換器是最簡(jiǎn)單的隔離降壓式 DC/DCDC/DC 變換器，其輸出端的 LCLC 濾波器非常適合輸出大電流，可以有效抑制輸出電壓紋波。所以， 在所有的隔離 DC/DCDC/DC 變換器中，正激變換器成為低電壓大電流功率變換 器的首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 但是， 正激變換器必須進(jìn)行磁復(fù)位， 以確保勵(lì)磁磁 通在每一個(gè)開關(guān)周期開始時(shí)處于初始值。正激變換器的復(fù)位方式很多， 包括第三繞組復(fù)位、RCRCD D復(fù)位1,2、有源箝位復(fù)位、LCDLCD 無(wú)損復(fù)位4,52 / 9以及諧振復(fù)位等，其中最常

3、見的磁復(fù)位方式是第三繞組復(fù)位。本文設(shè)計(jì)的高頻開關(guān)電源變壓器采用第三繞組復(fù)位，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖開關(guān)電源變壓器是高頻開關(guān)電源的核心兀件，其作用有三：磁能轉(zhuǎn)換、電壓變換和絕緣隔離。在開關(guān)管的作用下，將直流電轉(zhuǎn)變成方 波施加于開關(guān)電源變壓器上， 經(jīng)開關(guān)電源變壓器的電磁轉(zhuǎn)換， 輸出所需 要的電壓，將輸入功率傳遞到負(fù)載。 開關(guān)變壓器的性能好壞，不僅影響 變壓器本身的發(fā)熱和效率，而且還會(huì)影響到高頻開關(guān)電源的技術(shù)性能和 可靠性。所以在設(shè)計(jì)和制作時(shí)，對(duì)磁芯材料的選擇，磁芯與線圈的結(jié)構(gòu)， 繞制工藝等都要有周密考慮。 開關(guān)電源變壓器工作于高頻狀態(tài)， 分布參 數(shù)的影響不能忽略，這些分布參數(shù)有漏感、分布電容和電流在導(dǎo)線中流

4、 動(dòng)的趨膚效應(yīng)。一般根據(jù)高頻開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)的要求提出漏感和分布 電容限定值，在變壓器的線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)， 而趨膚效應(yīng)影響則作為 選擇導(dǎo)線規(guī)格的條件之一。2.12.1 變壓器設(shè)計(jì)的基本原則在給定的設(shè)計(jì)條件下磁感應(yīng)強(qiáng)度 B B 和電流密度 J J 是進(jìn)行變壓器 設(shè)計(jì)1 1 所示。傅 I 慕三燒紐臭仇 s m；3 / 9時(shí)必須計(jì)算的參數(shù)。當(dāng)電路主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 工作頻率、 磁芯尺寸給出 后，變壓器的功率 P P 與 B B 和 J J 的乘積成正比，即 2 2B B J J。當(dāng)變壓器尺寸一定時(shí)，B B 和 J J 選得高一些，則某一給定的磁芯可以輸出更大的功率；反之，為了得到某一給定的輸出功率，B

5、B 和 J J 選得高一些，變壓器的尺寸就可以小一些，因而可減小體積，減輕重量。但是，B B 和 J J 的提高受到電性能各項(xiàng)技術(shù)要求的制約。例如，若 B B 過(guò)大，激磁電流過(guò)大，造成波形畸變嚴(yán)重，會(huì)影響電路安全工作并導(dǎo)致輸出紋 波增加。若 J J 很大，銅損增大，溫升將會(huì)超過(guò)規(guī)定值。因此，在確定磁 感應(yīng)強(qiáng)度和電流密度時(shí)，應(yīng)把對(duì)電性能要求和經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)考慮。2.22.2 各繞組匝數(shù)的計(jì)算方法正激變換器中的變壓器的磁芯是單向激磁，要求磁芯有大的脈沖磁感應(yīng)增量。變壓器初級(jí)工作時(shí)，次級(jí)也同時(shí)工作。1 1）計(jì)算次級(jí)繞組峰值電流 I IP2變壓器次級(jí)繞組的峰值電流 IP2IP2 等于高頻開關(guān)電源的直

6、流輸出電流 I Io, 即f2）計(jì)當(dāng)次岐電酒有就血人/;= 萬(wàn) b（2）式中：D D 是正激變換器最大占空比。3 3）計(jì)算初級(jí)繞組電壓幅值 U UPiU Upi=u=unu（3 3）4 / 9式中：UinUin 是變壓器輸入直流電壓（V V）； U1U1 是變壓器初級(jí)繞組電阻壓降和開關(guān)管導(dǎo)通壓降之和（V V）。4 4）計(jì)算次級(jí)繞組電壓幅值式中：U U0是變壓器次級(jí)負(fù)載直流電壓（V V）; U U2是變壓器次級(jí)繞組電阻壓降和整流管壓降之和（V V） c c5 5）計(jì)算初級(jí)電流有效值 I Ii忽略勵(lì)磁電流等影響因素，初級(jí)電流有效值 I1I1 按單向脈沖方波的波形來(lái)計(jì)算：代 f 6 6）計(jì)算去磁繞組電流有效值 I IH去磁繞組電流約與磁化電流相同，約為初級(jí)電流有效值的5 5 %1010%,即卩(6)(6)7 7）計(jì)菲變壓驚輸入功率與輪出助牟氏FiFi = = g g A A- CD)(8)(8)8 8）確定磁芯尺寸首先確定銅耗因子乙Z Z 的表達(dá)式為1