高頻變壓器設(shè)計

高頻變壓器設(shè)計單端反激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的設(shè)計是設(shè)計的核心。高頻變壓器的磁芯一般用錳鋅鐵氧體，EE型和EI型，近年來，我國引進(jìn)仿制了湯姆遜和TDK公司技術(shù)開發(fā)出PC30,PC40高磁導(dǎo)率，高密度幾個品種。一、 計算公式單端反激式開關(guān)電源是以電感儲能方式工作，反激式公式推導(dǎo)：首先要計算出整流后的輸入電壓的最大值和最小值，如交流輸入電壓V(160?242V),AC窄限范圍；V (85?265V),寬限范圍。AC整流后直流電壓V=1.4*V (224?338V)窄限范圍；DCACV=1.4V(119?371V),寬限范圍。DCAC整流后直流紋波電壓和整流橋壓降一般取20V，和濾波電容有關(guān)。(1)初級峰值電流Ip(t電流從0上升到集電極電流峰值作用時間)cI集電極電壓上升率V(t電流從0上升到集電極電流峰值作用時間)cmaxVinminmax公式中，V：是最低直流輸入電壓，VinminL：變壓器初級電感量，H；f：開關(guān)頻率，Hz；輸出功率等于存儲在每個周期內(nèi)的能量乘以工作頻率。1P二—*L*12*fout2pp經(jīng)進(jìn)一步簡化，就可以得到變壓器初級電流峰值為2*pI=I= ou—pcV*D

.nminmax對于磁芯EI16?EI40,系數(shù)一般按0.1?0.15計算。(2)初級電感量Lp因為電感量(2)初級電感量Lp因為電感量H=—iV*SD 1V*1S(S=—max；1mH= )f 1AL=V*D inmin max

pIp f(3)關(guān)于最小占空比D和最大占空比D卩min max最小占空比和最大占空比的設(shè)計可根據(jù)輸入電壓變化范圍和負(fù)載情況合理決定，在輸入電壓比較高的情況下，如400VDC，D可選0.25以下；在輸入電壓比較低的情況下，如110VDC,D可選0.45以下；maxK=V.K .nmaxV.nminmax；D= max 9min (1-D)*K+Dmax max(4)磁芯的選擇磁芯輸出功率和磁芯截面積的經(jīng)驗關(guān)系式為 _A沁(0.1~0.15)卩A為變壓器磁芯的有效截面積，可從廠家技術(shù)說明書中選?。籩P高頻變壓器的輸入輸出功率的平均值，效率耳二83%。t注：EI16--4W以下；EI22--8W以下；EI28--30W以下；EI30--40W以下；EI33--60W以下(5)變壓器的匝數(shù)初級匝數(shù)計算：在磁芯的磁通通路中，空氣隙處呈現(xiàn)出的磁阻最大，故存儲在變壓器-扼流圈中的大多數(shù)能量都存儲在空氣隙處?？諝庀兜拈L度由下式給出0.4nL*12L二 ppgA*B2

emax

如果繞制變壓器-扼流圈使用EE型或類似的磁芯，其中心柱的長度就是所開空氣隙的長度L。g變壓器-扼流圈的初級匝數(shù)可用下式進(jìn)行計算B*L*104max g p— 0.4nI經(jīng)推導(dǎo)可得(LI)*104N= p-ppB*Amaxe在公式中，L：初級電感量，H；pI：變壓器初級電流峰值，A；pA：磁芯的有效截面積，cm2；eB:最大磁通密度，按TDKPC402K取1100GS(1T=104GS)max次級匝數(shù)計算：次級輸出電壓N~N~p進(jìn)一步整理得N~N~p進(jìn)一步整理得(V +V) outD *Dmax—1-DmaxVinminN(VN(VpoutN—

s+V)(1-D )D maxV *Dinminmax

輸出整流二極管壓降V按1V計算。D(6)計算各繞組線徑及線號在國際上，一般采用美國線規(guī)，查表選擇繞組線徑、線號和截面積。一般高頻電源使用線號從39#到22#，根據(jù)溫度、使用環(huán)境和開關(guān)頻率,電流密度可從200c.m/A?400c.m/A。其中c.m為美國線規(guī)電流密度單位圓密爾，引用歐美國家常用的單位密耳,可寫為(mil)。用它時對選擇導(dǎo)線會簡單些。所謂密耳是導(dǎo)線直徑或薄板厚度的單位。1mil=0.001英寸。直徑為1密耳的金屬絲面積稱為圓密耳，可寫為(c.m)。A為1安培。二、 實例計算給定條件：輸入電壓范圍160?242VAC，頻率50Hz,輸出電壓12V，2A；5V，2A；反饋繞組12V，0.2A；要求輸出電壓12V，2A的精度為5%；5V，2A的精度2%；紋波電壓為150mV；開關(guān)頻率100kHz。

初級峰值電流計算：P二(12+1)*2+(5+1)*2+(12+1)*0.2二40.6Wout= =16A(224-20)*0.25 '2*P = =16A(224-20)*0.25 'I= out pV*Dinmin max其中最大占空比D 取0.25；max輸入電壓比例因子：—inmax—V224-20inmin0.25其中20V是整流后直流紋波電壓和整流橋壓降最小占空比0.25D— max — —0.167min(1-D)*K+D (1-0.25)*1.66+0.25max max當(dāng)輸入電壓在224V?338V范圍內(nèi)變化，占空比的范圍在0.167?0.25；初級電感量：*100*103VD 224-20 0.25*100*103L—inmin*max— * —0.31*10-3—310卩HpIf1.6磁芯的選擇：P—丄(P+P)磁芯的選擇：P—丄(P+P)—1440'6+40.6—44W762 " out2 0. 83A沁0.15JP—0.15*p4476—1.00cm2e t查廠家技術(shù)說明書選EI30磁芯，有效截面積1.11cm2。變壓器初級匝數(shù)：(LI)*104 (0.31*10-3*1.6)*104N——p^ — u42pB*Amaxe變壓器次級匝數(shù)：N(V+V)(1-D)42*(12+1)(1-0.25)opout D max— —8s1_V*D _ (224-20)*0.25inmin maxN(V+V)(1-D)42*(5+1)(1-0.25)…poutDmax— —3.7，取4圈;(224-20)*0.251100*10-4*1.11Ns2V*Dinmin maxN—N—8s3 s1各繞組線徑及線號：雙線并繞雙線并繞；雙線并繞查表可得雙線并繞雙線并繞；雙線并繞N：AWG25標(biāo)稱直徑0.46mmpN:AWG24標(biāo)稱直徑0.51mm，s1N:AWG24標(biāo)稱直徑0.51mm，s2N3:AWG30標(biāo)稱直徑0.25mm。為減小漏感:初級分段繞，先繞21匝，然后繞N、N，再繞21匝，最后繞N，次級s1 s2 s3采取拉稀均勻繞法，間距同初級平行一致。三、 變壓器漏感產(chǎn)生和解決方法在實際變壓器中，如果初級磁通不全部耦合到次級，就產(chǎn)生漏感，漏感是一個寄生參數(shù)，以單端變換器為例，功率開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_時，漏感存儲的能量就會釋放，產(chǎn)生很大的尖峰電壓。如果不加控制，就會造成電路器件的損壞和很大的電磁干擾。電路中可增加緩沖電路，有一個釋放的回路，但首先在磁芯的選擇、繞線結(jié)構(gòu)和