kHz高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方案

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HYPERLINK”http：///cctv_0011/blog/static/4659737620084333753562/”\l"#”小本文來源網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)的高頻變壓器設(shè)計(jì)中，由于磁心材料的限制，其工作頻率較低，一般在20kHz左右。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，電源系統(tǒng)的小型化,高頻化和高功率比已成為一個(gè)永恒的研究方向和發(fā)展趨勢.因此,研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統(tǒng)體積，提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。本文根據(jù)超微晶合金的優(yōu)異電磁性能，通過示例介紹30kHz超微晶高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì).

1、變壓器的性能指標(biāo)

電路形式：半橋式開關(guān)電源變換器原理見圖1：

工作頻率f:30kHz

變換器輸入電壓Ui：DC300V

變換器輸出電壓U0:DC2100V

變換器輸出電流Io:0。08A

整流電路:橋式整流

占空比D：1％～90％

輸出效率η：≥80％

耐壓：DC12kV

溫升：＋50℃

工作環(huán)境條件：－55℃～＋85℃

磁心工作點(diǎn)的選擇往往從磁心的材料，變壓器的工作狀態(tài)，工作頻率,輸出功率，絕緣耐壓等因素來考慮。超微晶合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs較高約為1。2T，在雙極性開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)中,磁心的最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm一般可取到0。6～0。7T，經(jīng)特別處理的磁心，Bm可達(dá)到0。9T.在本設(shè)計(jì)中，由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環(huán)境的原因，把最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm定在0。6T，而磁心結(jié)構(gòu)則定為不切口的矩形磁心.這種結(jié)構(gòu)的磁心與環(huán)形磁心相比具有線圈繞制方便、分布參數(shù)影響小、磁心窗口利用率高、散熱性好、系統(tǒng)絕緣可靠、但電磁兼容性較差。

3、變壓器主要參數(shù)的計(jì)算

3。1變壓器的計(jì)算功率

半橋式變換器的輸出電路為橋式整流時(shí),其開關(guān)電源變壓器的計(jì)算功率為:

Pt=UoIo（1＋1/η)（1）

將Uo=2100V,Io=0。08A,η=80％代入式(1），可得Pt=378W。

3。2變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力

變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力為：

Ap=（Pt·104/4BmfKWKJ）1。16（2）

式中：工作頻率f為30kHz，工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm取0。6T，磁心的窗口占空系數(shù)KW取0.2，矩形磁心的電流密度（溫升為50℃時(shí)）KJ取468。經(jīng)計(jì)算，變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力AP=0。511cm4.

3.3變壓器的實(shí)際輸出能力

鐵基超微晶鐵心及超微晶軟磁合金通過省級技術(shù)鑒定

1999年10月24日，由江西省科委等機(jī)關(guān)委托主持的對江西大有科技有限公司研制的新產(chǎn)品DY－ON型鐵基超微晶磁鐵心和超微晶軟磁合金通過了省級技術(shù)鑒定,獲得與會專家學(xué)者的高度評價(jià)，一致認(rèn)為這兩項(xiàng)產(chǎn)品性能穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分別達(dá)到美國UL94－P標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)GBm292－89技術(shù)要求，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有特色.

非晶態(tài)(超微晶）軟磁合金，是90年代世界六大高科技新型材料之一，它具有優(yōu)異的特點(diǎn)，目前國內(nèi)市場供不應(yīng)求，前景廣闊。

聯(lián)系人:江西省宜春市東風(fēng)大街62號宜春地區(qū)糧食局(336000)方華平

變壓器的輸出能力即磁心的輸出能力，它取決于磁心面積的乘積（AP)，其值等于磁心有效截面積（AC)和它的窗口截面積（Am）的乘積,即：AP=ACAm（3）

在變壓器的設(shè)計(jì)中，變壓器的輸出能力必須大于它的設(shè)計(jì)輸出能力。在設(shè)計(jì)中,我們選用的矩形磁心的尺寸為：10×10×39×13.4（即：a=10mm,b=10mm，c=13。4mm,h=39mm）,實(shí)際AP達(dá)3.66cm4(其中磁心截面積的占空系數(shù)KC取0。7），大于變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力0.511cm4，因此，該磁心能夠滿足設(shè)計(jì)使用要求。

3.4繞組計(jì)算

初級匝數(shù):D取50％，Ton=D/f=0.5/(30×103）=16。67μs,

忽略開關(guān)管壓降，Up1=Ui/2=150V。

N1=Up1Ton10－2/2BmAc=(150×16.67)10－2

/（2×0.6×1×1×0.7）=29.77匝

取N1=30匝

次級匝數(shù)：忽略整流管壓降,Up2=Uo=2100V。

N2=Up2N1/Up1=（30×2100）/150=420匝

3.5導(dǎo)線線徑

Ip1=Up2Ip2/Up1=0.08×2100/150=1.12A

電流密度：J=KjAp－0.1410－2=468×0。511－0。14

×10－2=5。14A/mm2

考慮到線包損耗與溫升，把電流密度定為4A/mm2

（1）初級繞組：

計(jì)算導(dǎo)線截面積為Sm1=Ip1/J=1.12/4=0.28mm2

初級繞組的線徑可選d=0.63mm，其截面積為0。312mm2的圓銅線。

（2）次級繞組：

計(jì)算導(dǎo)線截面積為Sm2=Ip2/J=0。08/4=0.02mm2。

次級繞組的線徑可選d=0。16mm的圓銅線，其截面積為0。02mm2。為了方便線圈繞制也可選用線徑較粗的導(dǎo)線。

4、線圈繞制與絕緣

為減小分布參數(shù)的影響，初級采用雙腿并繞連接的結(jié)構(gòu),次級采用分段繞制，串聯(lián)相接的方式,降低繞組間的電壓差，提高變壓器的可靠性，繞制后的線圈厚度約為4。5mm。小于磁心窗口寬度13.4mm的一半.在變壓器的絕緣方面,線圈絕緣選用抗電強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗低的復(fù)合纖維絕緣紙，提高初、次級之間的絕緣強(qiáng)度和抗電暈?zāi)芰ΑＷ儔浩鹘^緣則采用整體灌注的方法來保證變壓器的絕緣使用要求。

5、結(jié)束語

該超微晶開關(guān)電源變壓器，環(huán)氧灌注絕緣后通過了產(chǎn)品的電性能檢測和機(jī)載條件的環(huán)境試驗(yàn)，已用于機(jī)載設(shè)備，變壓器的溫升〈35℃,工作效率達(dá)到90％以上,且