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发布于 2025-10-20 / 47 阅读
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正激拓扑型变压器的设计

正激拓扑型变压器的设计

正激变换器通常使用无气隙的磁芯(如果需要适量增加气隙),电感值比较高,初、次级绕组峰值电流较小,因而铜损较小,开关管峰值电流较低,开关损耗较小,效率比较高,其高可靠高稳定性使得其在很多领域和苛刻环境得到应用。

正激变换器变压器的设计方法:

1、规格条件:

输入最低电压:Vindc(min)

输入最高电压:Vindc(max)

输出电压:Vout

输出电流:Iout

输出功率:Pout

整体电源效率η

开关频率Fs

最大占空比Dmax=0.35-0.38

2、选择磁芯的材质,确定最大磁通变化量:ΔB

选择高μ低损耗,高Bs材质的磁芯,常选用TDK PC40或同等材,相关参数如下:

因为正激电路的磁芯单向磁化,要让磁芯不饱和,磁芯中的磁通密度最大变化量需满足ΔB<Bs-Br,即:ΔB=390-55=335mT,但实际应用中由于温度效应和瞬变情况会引起Bs和Bs的变化,导致ΔB的动态范围变小而出现饱和,因此,设计时需保留一定裕量,通常取60%~80%(Bs-Br), ΔBc选得过高磁芯损耗会增加,易饱和,选得过小会使匝数增加,铜损增大,产品体积增大,通常选择60%(Bs-Br),则最大磁通变化量ΔB=(390-55)*0.6=201mT,即0.201T。

3、确定磁芯规格:AP法

根据公式AP=Aw*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*Fs KcJ)

其中:

Aw为磁芯的铜窗口截面积(cm^2),

Ae为磁芯的有效截面积(cm^2),

Ps为变压器的视在功率(W),

ΔB为最大磁通变化量(T),

开关频率(KHZ),

Kc为铜绕组窗口占用系数,

J为电流密度(A),

4、对正激变换器,视在功率Ps=(Pout/η)+Pout

电流密度J根据不同的散热方式取值不同,一般采用400~600A/cm^2,此处考虑到趋肤效应采用多股纱包线,取600A/cm^2

铜绕组窗口占用系数Kc取0.2

ΔB=0.20T,J=600A/cm^2,Kc=0.2

查磁芯规格书,选用磁芯ETD39,其相关参数如下:

Aw: cm^2;Ae: cm^2;

 

ETD39的APetd=Aw*Ae cm4,则ETD39的APetd计算值与按照规格计算值比较。

来判断是否选择适合。

 

5、计算匝比、匝数 N

5.1、根据公式N=Np/Ns=Vindc/Vo=(Vindc(min)*Dmax)/(Vout+Vf)

其中Vf为输出二极管正向压降,取0.8V

最大占空比Dmax1=N(Vout+Vf)/Vin

5.2、根据公式Np=Vin*Ton/(ΔB*Ae)

导通时间Ton=Dmax*Ts,周期Ts=1/Fs*106

得初级匝数:

NP=[Vin*Dmax*(1/Fs*106)]/(B*Ae)

5.3、次级匝数Ns=Np/N

5.4、取次级匝数Ns:Ts验算初级匝数Np,

初级匝数Np=Ns*N

考虑到输入电压较高,采用双管正激比采用单管正激可以大幅减小MOSFET的电压应力,无需消磁绕组。

6、再通过初级匝数Np来验算最大磁通变化量ΔB,

最大磁通变化量ΔB=(Vin*Dmax*Ts)/(Np*Ae)

根据ΔB+Br<Bs判断是否合理。

7、根据L=N2*Al得,

初级电感量最小值Lmin=Np2*[AL*(1-0.25)] :mH

其中:选用的磁芯 ETD39的电感因数为:4000nH/N²,变化范围:±25%

8、计算初级绕组线径Np

输入电流Ip=Pout/(Vin*Dmax*η):A

初级线圈电流有效值Ip_rms=Ip*SQRT(Dmax):A

则,初级线圈截面积Swp=Ip_rms/J:mm2

多股纱包线单根直径为0.1mm,其单根面积为Sw=3.14*(0.1/2)2:mm2

得,初级所需纱包线股数Nwp=Swp/Sw:PCS。

即,初级线圈采用X根单根直径0.1mm的纱包线。

9、计算次级绕组的线径Ns

次级线圈电流有效值Is_rms=Iout*SQRT(Dmax):A

次级线圈截面积Sws=Is_rms/J:5mm2

次级所需纱包线股数Nws=Sws/Sw:PCS。

即,次级线圈采用Y根单根直径0.1mm的纱包线。

通常纱包线的电流密度可取范围较大,一般为400~1000A/CM2,结合常用规格,取:

初级线圈采用X根单根直径0.1mm的纱包线绕ATs;

次级线圈采用Y根单根直径0.1mm的纱包线绕BTs。


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