反激变压器设计实例(一).docx

反激变压器设计实例（一）版本修订人备注01导论由于反激变换器变压器综合了许多功能（储存能量、电隔离、限流电感），并且还常常支持相当大的直流电流成分，故比直接传递能量的正激推挽变压器的设计困难得多、以下变压器设计例子中没选择过程使用反复迭代方法，无论设计从哪里开始没开始时须有大量近似的计算。没有经验工程师的问题是要得到对控制因数的掌握。特别的，磁芯大小、原边电感的选择、气隙的作用、原边匝数的选择以及磁芯内交流和直流电流（磁通）成分的相互作用常常给反激变压器设计带来挑战。为使设计者对控制因数有好的感觉，下面的设计由检查磁芯材料的特性和气隙的影响开始，然后检查交流和直流磁芯极化条件，最后给出100W变压器的完整设计。磁芯参数和气隙的影响图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的B/H（磁滞回归线）环。注意到虽然B/H环的磁导率（斜率）随气隙的长度变化，但磁芯和气隙结合后的饱和磁通密度保持不变。进一步，在有气隙的情况下，磁场强度H越大，剩磁通密度Br越低。这些变化对反激变压器非常有用。图1.不同情况下磁芯的磁滞回归曲线图2只表示了反激变压器使用的磁滞回环的前四分之一，也表示了磁芯中引入气隙所产生的影响。最后，改图表示了极化条件对直流和交流影响之间的差异。图2.（a）铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的磁滞回环（b）单端反激变换器的典型磁芯在大气隙或无气隙时第一象限磁化曲线。注意当采用大气隙时，传递能量会增加2.1 AC极化由法拉第感应定律很显然，磁芯中的磁通密度必须以一定的速率和幅值变化，绕组中的感应电动势（反向）等于所加电动势（假设损耗可以忽略）。因此，为了支持加于原边的交流电压（更准确的说是所加伏秒），就需要磁通密度的变化（见图2的纵轴）。因此的幅值正比于所加的电压和开关晶体管的导通时间，即是由外部所加的交流条件而不是由变压器气隙来限定。图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时的B/H（磁滞回环）图2表示使用大、小气隙时，单端反激变换器中典型铁氧体磁芯的前四分之一磁滞回环。注意大气隙时传递的能量增加。因此，可以认为所加的交流条件作用于B/H环的垂直B轴，使磁场电流向上变化，所以，可以认为H是因变量2.2AC条件中的气隙影响从图2中可见，次新气隙增加使B/H特性的斜率减小，但需要的不变。因此磁场电流增加。这表示磁芯的导磁率显著减小及原边电感减小。因此磁芯气隙不会改变交流磁通密度的需求，或相反还改善了磁芯的交流性能。通常错误的观点是，假设由于原边匝数不够、过度施加交流电压或工作频率低（即过度施加伏秒）而导致的磁芯饱和可以通过引入气隙来纠正。从图2可见这不是真实的。有或没有气隙，饱和磁通密度都保持一样。可是引入气隙会减小剩余磁通密度，并增加的工作范围，这在不连续方式中是有帮助的。2.3 DC条件中的气隙影响绕组中的DC电流成分使B/H环中平行于H轴的DC磁化力增加（正比于平均直流安匝）。对于一个特定的副边负载电流，的值是确定的。对于直流条件，B被认为是因变量。应该注意到，有气隙的磁芯可以支持大得多的H值（DC电流）而不饱和。很清楚，在此例中较高的H值足以使无气隙的磁芯饱和（即使无任何交流成分）。因此，气隙对放置由绕组中的DC电流成分引起的磁芯饱和非常有效。当反激变换器工作于连续方式时，会产生大量的DC电流成分，故必须使用气隙。图2表示了有气隙和无气隙时磁通密度偏移（用于承受所加的交流电压）加于由DC成分产生的平均磁通密度上的例子。对于无气隙磁芯，小的直流极化会产生磁通密度。对于有气隙磁芯，产生同样的磁通密度需要大得多的DC电流，还有可清楚地看到在有气隙例子中，即使加上最大的直流和交流成分，磁芯都不会饱和。总之，图2表示磁通密度是由施加的交流电压引起的，在磁芯中引入气隙对磁通密度没有影响。可是在磁芯中引入气隙会使平均磁通密度（由绕组中的DC电流成分产生）大大减小。在处理不完全能量传递（连续方式）工作方式时，提供直流磁化电流的裕度变得特别重要。这种方式中，磁芯电流永远不会降到零，很明显无气隙时磁芯就会饱和。记住，使用的伏秒、匝数和磁芯尺寸决定了垂直于B轴的磁通密度的变化，而平均直流电流、匝数和此路长度决定了平行轴上的值。要提供足够的匝数和磁芯尺寸来支持所加的交流电压，要提供足够的磁芯气隙来放置饱和及支持直流电流成分。3. 110W反激变压器设计例子在以下设计中，分别考虑施加于原边的交流和直流电压。使用这种方法，很明显，所加的交流电压、频率、磁芯尺寸和磁芯材料的最大磁通密度控制了最小的原边匝数，而不管磁芯导磁率、气隙大小、DC电流或所需的电感。应该注意，开始阶段原边电感不是被考虑的变压器设计参数。理由是电感控制的是电源的工作模式，这不是变压器设计的主要需求，因此电感将在设计的后期考虑。进一步，当铁氧体材料用于60KHz频率以下时