高频平板变压器设计原理
小的散热器。再加上变压器模块批量化生产后,其价格将会降低更多。
(6)平板变压器的可靠性比常规变压器高。在平板变压器中,即使有一磁芯损坏,平板变压器中其余磁芯和并连的导线仍能正常工作,而常规变换变压器只要有一处损坏,整个变压器就无法正常工作。
目前平板变压器模块产品的功率有150W,300W,450W,750W,900W和1500W。
4平板变压器内部结构及其电感的测量和计算方法
以上叙及用作变换变压器的平板变压器由若干个铁氧磁芯做成。2个磁芯做变压器,1个磁芯做电感。3个磁芯构成1个变压器/电感模块。许多模块可以连接在一起组成平板方阵变压器。采用这种结构的平板变压器能解决变换变压器工作在高频时,其磁芯中部的局部过热点问题。
1只变压器模块包含2只铁氧体磁芯。变压器模块由1付正方形铁氧磁芯组装而成,2只铁氧磁芯用环氧树脂粘接在一起,如图2(b)所示。1付绕组镶入每个磁芯内部,粘接在磁芯内表面和输出端的拐角处,如图2(a)所示。当绕组通过磁芯后,接着旋转180°往回绕。所以每一绕组的"始端"和"末端"都在磁芯的对向角落上。1只相似尺寸的电感加在模块内部变压器部分的中心抽头上。其突出的焊片接滤波电容器。有关这种变压器和磁芯的细节见参考文献。
变压器副边绕组的端子直接和共阴极肖特基整流器TO-228连接。这样可以节省用户在变压器副
图2平板变压器的外形图
(a)带有简单螺旋绕组的磁芯(b)双磁芯粘接在一起的模块
图3模块内部电路的原理图
图4两磁芯模块FTI/CTI-Xx2A-1B/2B/3B(匝比4:1)
边绕组上进行抽头等组装工作量。加上肖特基整流器导通时的正向压降很低,所以整个电路的效率可做得很高。穿过变压器的原边绕组是后来加上的。变压器的等效变换率由模块数Ne和原边绕组匝数Np乘积和1的比率来决定,即变换率是:(Ne×Np):1。高的变换率可以通过增加原边绕组匝数或增加模块数来获得。
平板变压器可以使电源模块化,它在分布式电源中应用,其特点是其它变压器无法和它比拟的。在市场上,它是大家公认的最小外形和允许用于最高电流密度的一种变压器。
模块内部电路的原理图如图3所示。在图中电感是接在变压器次级绕组的中心抽头和输出端之间,这样安排是为了节省组装的工作量。
每一模块漏感的最大值仅有4nH。漏感测量是用5块,其整流器的输出端被铜条短接,原边绕组为3匝的模块进行测量。这时测得的漏感是0.18μH。因为变压器原边电感等于1只模块的漏感和模块数及原边匝数平方的乘积。它的数学表达式为:
Lp=Lmod×Ne×Np2(3)
式中Lp--变压器原边电感;
Lmod--1匝穿过1个模块的漏感;
Ne--模块数;
Np--原边匝数。
公式(3)给出的原边电感是当副边开路时测得的电感;而给出的漏感是当副边短路时测得的电感。
5块具有3匝原边绕组的半桥平板变压器,它的变换比是9:1,代入上面数据可得:0.18μH=Lmod×5×9,因此1个模块(2只方块磁芯)的漏感是:
Lmod=0.18μH/(5×9)=180nH/45=4nH
对于具有2匝原边绕组的5个模块,其漏感可用公式(3)进行计算:
Lleak=Lmod×Ne×Np2(输出端应短路)
=4×5×22=80(nH)
因为它原边的匝数很少,所以它的邻近效应是最小的。
磁路设计人员所关心的变压器磁芯(双磁芯组合)尺寸如下:
磁芯面积:0.68cm2;
磁路长度:2.8cm;
磁芯体积:2.0cm3。
模块(双磁芯组合)中变压器单元电感的技术条件是:每一模块每一正方形匝的电感最小值为10.0μH;漏感最大值为4nH。滤波电感单元和变压器单元大小相似,也是3匝。允许通过电流的大小通常由外接整流器电流的额定值来决定。在30A时,滤波电感技术条件规定其电感最小值是2μH。
5平板变压器原边绕组的图样和模块选择步骤
平板变压器原边绕组的图样如图4(匝比4:1),图5(匝比8:1)所示。
FTI模块选择步骤:
(1)决定功率等级,输出电压和电流。例如:功率=750W,输出电压=5V,输出电流=150A;
(2)决定要求的匝比,例如:8:1;
(3)选择模块类型,即由输出电压决定选FTI-12X2A-XX或 FTI-12X4A-XX。当输出电压在0~15V之间,用FTI-12X2A系列(2xfmr磁芯);当输出电压在16V~30V之间,用 FTI-12X4A系列(4xfmr磁芯)。对于更高电压,可按此比例增加磁芯数,如输出电压高到45V,就需用6磁芯模块,而对于60V输出电压,就需用8磁芯模块。
(4)按照功率等级和匝比来选定所需的模块数。
例如:功率=600W,匝比n=8:1,输出电压UO=5V,输出电流IO=150A,需选FTI-12X2A-1B或FTI-12X2A-5B的5个模块。
(5)按照下面的公式计算原边绕组匝数
M×N=n(4)
式中M--模块数;
N--穿过模块