全橋硬開關DCDC設計程序应用

全桥硬开关DC/DC设计程序

全桥硬开关电路拓林,相当于两个双晶正激变换器的拓朴,用同一个变压器工作在互差180℃的相位之下,它是目前成本最高,输出功率最大,适应范围最广的开关电源电路拓朴,其变压器利用率最高的.功率MOSFET承受的电压应力是最低的,磁芯能完全自动复位,可用磁通密度最高,输入电压可从10V之低到400V~500V之高,却可以实现高效率转换.

下面给出其设计程序

1.      全桥硬开关,电路拓朴如图1。

   图1 全桥电路拓朴的基本组成

全桥硬开关电路的基本参数关系和工作波形如图2所示。

图2 全桥硬开关电路的基本公式和基本波形

2.      给出设计规范.

输入电压及变化范围.Vi max~Vi min.420VDC~400VDC

输出电压，输出电流，输出功率。Vout 53.5V，Iout 20A，Pout 1070W。

3.      选择控制IC UC3875N

4.  选定占空比变化范围。

根据输入电压变化范围确定占空比，注意：最大占空比一般不要超过2*45% = 90%。因为占空比过大，放大器的补偿不好处理。而占空比太小，会影响效率.

我们给出开关管最大导通时间：D=10μS×0.85＝8.5μS；（周期Ts＝10μS）

5.      决定输出整流方式。

采用同步整流还是二极管整流，采用倍流整流还是中心抽头式整流。一般低压大电流最好采用同步整流，大功率较低电压输出应采用倍流整流，以简化变压器的设计。

     我们给出次级为全波整流方式

6.      决定功率变压器，并求出变压器输入功率Pin。

         Po = (Vo+Vdfw) × Iorms+Rl × Iorms.    Po=（53.5+1.5）*20

Vdfw为整流MOSFET 的RSD(on)与Io max乘积，变压器效率预估为98%~98.5%。

Pin1122 = POUT 1100/ 98%               )

7.      设计变压器

1 选择磁芯的形状和大小，查出其Ae值，AL值。

     PQ32/30Z-12     Ae:161    AL:5140

2 计算初级匝数Np

Np = VIN(MAX)*TON*102 / 2*Bmax*Ae=6

其中Ton = 1/2T = 1/2*f, 给出DMax= 2×45%。Bmax一般选在2000高斯左右。过高会降低Lm值，影响效率，过低说明磁芯没有充分利用，或者说磁芯选大了。

3 计算次级匝数.

Ns = Np*(VO(1)+VF)/V in min*Duty=6*(53.5+1.25)/400*0.85=0.7取整1

Ns(n)= NS(1)*VS(n)/VO(1)

若为多输出,第N组的匝数计算式如上所示。将所求Np 及Ns化成整数，并求出匝数比。

N = NP / NS=6:1

4 计算初级励磁电感Lm。

Lm= AL* NP2 * 10-9

要求Lm尽可能大，否则应考虑减小#B提高匝数Np。

测量漏感Lr，Lr要求小于5uH，尽量达到3uH以下。

5  决定每个绕组的导线直径。

    按照工作频率下的趋肤深度选择。超出时必须采用多根导线并联或采用铜箔的结构。

变压器二次侧各组的均方根电流按下式给出：

Isirms = I 01 MAX * Dmax1/2

电流密度Δ可以取6A~9A/mm2，风冷条件下可以取到12~15A/mm2。过高的电流密度会降低变压器的效率。并且会造成温升过高。

对于倍流整流及中心抽头式整流，绕组流过的均方根电流相差一倍，应给予注意。导线的截面积按照下式计算。

Ss = I RMS / Δ    =2625/400/5=1.1 mm2      （ 0.6/2）2*3.14*5=1.413 mm2

    Ss 为导线的总截面积，Δ为电流密度，I RMS为均方根电流。

此外选择导线直径时要根据工作频率选定的趋肤深度，在此工作频率下导线直径过大没有实际意义，实际在浪费铜材和变压器的窗口面积。

变压器计算的匝数，线径的选择要在计算的基础上根据骨架实际状况作调整，要确保安规及EMI。励磁电感要足够大，漏感要尽量小，不得超过标准。否则影响效率。

8.      决定主功率MOSFET的规格.

1 求出Ipdc及 Iprms

Ipdc = PIN / VIN MIN                     此为直流电流。

Ipft = Ipdc / 2Dmax                      此为开关电流。

Ip rms= Ipft * Dmax1/2                     此为均方根电流。

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