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正激变换器磁性元件的设计

2011-01-20 11:20
路过的码农
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  正激变换器磁性元件除了变压器外,还有一个电感器,即扼流圈。一般的资料上都是从变压器开始算起的,但本人认为应该从电感器开始算起比较好,这样比较明了,思维可以比较清楚。因为正激变换器起源于BUCK变换器,而BUCK变换器,其功率的心脏是储能电感,因此,正激变换器的功率心脏是扼流圈,而不是变压器,变压器只有负责变电压,并没有其它的功能,功率传输靠得是电感。当然一般书上从变压器算起,也未尝不可,但这样算,思路不是很明确,也不容易让读者理解。下面我演示一下我的算法,希望对读者能有所帮助。

  电感器的设计

  首先,以滤波电感为研究对象,进行研究。在一个周期中,开关管开通的时候,滤波电感两端被加上一个电压,其电流不是突变的,而是线性的上升的,有公式I=V*TON/L,这几项分别表示电感电流的增量,输入电压,开通时间,电感量。而这个电压是变压器副边放出的。在开关管关断的时候,电感器以一个恒定的电压放电,其电流即会线性的下降,同样遵守这个公式,即I=Vo*TOFF/L,一个周期中,放电电流等于充电电流,所以上两式相等,再用1-D代替TOFF,D代替TON,于是从上两式中得到Vo=V*D。画出电感两端的电压电流波形如下图。

  

  电感两端电压电流波形

  上为电流波形,下为电压波形。所以,我设计的第一步就是确定这个原边电流的波形。

  第一步,确定电感充电电压值。首先,确定开关管开通的时候,加在电感器两端的电压V,这个电压由设计者自己设定,选定这个电压后,最大占空比D即确定了。

  第二步,设定电感电流的脉动值IR,不妨自己把电感电流的曲线图画出来,大概和上面的相似。然后再选定一个脉动电流的值,即上升了的电流或是下降的电流的值。因为输出功率和输出电压是已知的,那么平均电流值IO就是知道的。

  第三步,根据上面的条件,确定这个电流的波形。要确定这个波形,要知道其峰值IP吧,上面的条件已经足够求出这个峰值了,有方程式IR/2+(IP-IR)=IO,解出IP=IO+IR/2

  第四步,设定电感量。根据原边电流的波形,算出电感量小CASE,L=V*TON/IR。这个公式理解吧,就和上面那个一样的,不要说不理解啊。

  第五步,确定此电流的效值IRMS,这一步用来确定线径。注意,确定线径用的是有效值,而不是平均值。这个电流波形的有效值公式是:IRMS=IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉+IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)(1-D)〉。这个公式推导需要积分比较繁难,我就不讲了,大家记着用就可以了。算出了电流值后,就可以确定线径了,要使有效值电流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米之间,这一点很重要,大家要切记啊。

  以上几步,就完成了电感器的设计,并且以上几步,确定了一些重要的参数,这些参数将是下一步变压器设计的基础。

  高频变压器的设计

  总说:正激变压器和反激变压器是大的区别就是正激变压器是不要开气隙的,要求其电感量尽量大。正激变压器原边也有电流,但这个电流不是其自己通过输入电压储存来的,而是从副边电感上感应过来的,知道了这一点,正激变压器就好设计了。

  第一步,确定原边匝数。;当然首先自己要选一款磁芯啦。设原边输入最低电压是VS,导通时间用TON表示,还要自己设定一个磁芯振幅,一般我是取0.2到0.25T,因为正激变压器是不需直流分量的,所以相比反激而言这个值可以取大些,原边匝数NP=VS*TON/AE*B,其中AE是磁芯截面积。

  第二步,确定副边匝数,因为在开关管开通的时候,副边要以V的电压放电,而这个V值,上面已经在设定开关管占空比的时候确定了,所以副边匝数NS=NP*V/VS

  第三步,画出原边电流波形,算出原边电流波形的效值,从而确定线径。如下图所示,因为电流波形是从副边感应过来的,其波形就是电感电流波形开关管导通的那一部分。

  

  这个电流的波形的峰值就是电感电流峰值除以匝数比,这个会算吧,于是这个电流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D》然后根据这个电流值去选线,电流密度同上。

  第四步,确定副边电流的波形,求出副边电流波形的有效值来。副边电流的波形就是开关管开通时候电感电流的那一部分,这个波形和原边电流的波形相似,因为原边电流的波形就是由这个感应过去的,我就不画了,其有效值= IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉。依此去选线。

  第五步,确定自馈电绕组,一般其和原边同名端相反,利用磁复位放出电压感应出电压来,我是这样做的,还有一些其它的方案,各位高手自已研究吧。

  以上就是我设计正激变换器磁性元件的全过程,一环扣一环,紧密相连,我认为思路还是比较清楚的,避免了烦杂的公式,化难为易,望同行们提点意见。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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