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实例讲解电源高频变压器的设计方法 电源企业网2008-09-1215:21:57作者:SystemMaster来源:文字大小:[大][中][小] 例,向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。 设计目标:电源输入交流电压在180V~260V之间,频率为50Hz,输出电压为直流5V、14A,功率为70W,电源工作频率为30KHz。 设计步骤: 1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp 由于是电流不连续性电源,当功率管导通时,电流会达到峰值,此值等于功率管的峰值电流。由电感的电流和电压关系V=L*di/dt可知: 输入电压:Vin(min=Lp*Ipp/Tc 取1/Tc=f/Dmax,则上式为: Vin(min=Lp*Ipp*f/Dmax 其中:V in:直流输入电压,V Lp:高频变压器初级电感值,mH Ipp:变压器初级峰值电流,A Dmax:最大工作周期系数 f:电源工作频率,kHz 在电流不连续电源中,输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量,其为: Pout=1/2*Lp*Ipp2*f 将其与电感电压相除可得: Pout/Vin(min=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f 由此可得: Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min*Dmax 其中:Vin(min=1.4*Vacin(min-20V(直流涟波及二极管压降=232V,取最大工作周期系数Dmax=0.45。则: Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min*Dmax=2*70/(232*0.45=1.34A 当功率管导通时,集极要能承受此电流。 2、求最小工作周期系数Dmin 在反馈式电流不连续电源中,工作周期系数的大小由输入电压决定。 Dmin=Dmax/[(1-Dmax*k+Dmax] 其中:k=Vin(max/Vin(min Vin(max=260V*1.4-0V(直流涟波=364V,若允许10%误差,Vin(max=400V。 Vin(min=232V,若允许7%误差,Vin(min=216V。 由此可得: k=Vin(max/Vin(min=400/216=1.85 Dmin=Dmax/[(1-Dmax*k+Dmax]=0.45/[(1-0.45*1.85+0.45]=0.31 因此,当电源的输入直流电压在216V~400V之间时,工作周期系数D介于0.31~0.45之间。 3、计算高频变压器的初级电感值Lp Lp=Vin(min*Dmax/(Ipp*f=216*0.45/(1.34*30*103=2.4mH 4、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。 如果我们只绕初级于线架上,则: Aw*Ae=(6.33*Lp*Ipp*d2*108/Bmax 其中:d为绝缘线的直径,Bmax选择为Bsat/2。 在反馈式变压器中,如果初级占30%的绕组面积,则其余的70%为次级和绝缘空间,因此,Aw*Ae须再乘以3倍,为了安全起见,我们将其提高为4倍。因此, Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2*108/Bmax 此式只是估算,最后铁心和线架的选择是可以改变的。 假设选择绕组绕线的电流密度为400c.m/A,则400c.m/A*1.34A=536(c.m,我们参考美国线规(AWG,取NO.22AWG导线,其值为0.028IN。我们选择TDK H7C1材料的E-E型铁心,它在100℃时,Bsat=3900G,Bmax=Bsat/2=1950G,可得: Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2*108/Bmax =4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282*108/1950 =3.27cm4 由TDK目录中可查得EE42*42*15的铁心和线架Aw*Ae=1.83cm2*1.83cm2=3.33cm4,因此,我们选用此铁心。 5、计算空气间隙长度Lg 在反馈式电源变压器中,磁通只在第一象限中变化,电流磁通量不会出现负值。为防止变压器饱和,可以采用大体积铁心或在磁通路径上使用空气间隙,为减少电源体积,我们采用间隙法,使磁滞回路变的平坦,在相同的直流偏压下可降低工作的磁通密度。 在磁通路径上,空气间隙会产生较大的磁阻,因此,变压器所存储的大部分能量是在空气间隙中,空气间隙体积为Vg,长度为Lg。由, 1/2*Lp*Ipp2=1/2*Bmax*H*Vg*108 Vg=Ae*Lg u0H=Bmax/(0.4*π u0:空气磁导率=1 可得: Lg=0.4*π*Lp*Ipp2*108/(Bmax2*Ae=0.4*π*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82=0.078cm 因此,我们在E-E铁心中心柱分割0.078cm的间隙。 6、计算变压器初级线圈Np Np=Lp*Ipp*108/(