工程师分享:反激变压器电感线圈详细的设计步骤(一)
1.基本设计步骤
适应于变压器尺寸中有余量的情况下。能够设计在效率、噪音等方面最合适的变压器。
1.1 初期设定(基本设计步骤)
在初期设定前设定以下的参数。
动作频率f[kHz] | 动作输入电压 |
最大输出电流 | 最大二次卷线输出电压VN2max[V] |
一次电流倾斜率K | 最大导通角αmax |
最大磁束密度Bmax[mT] | 卷线电流密度I/S[A/mm2] |
一般为从50kHz到75kHz。动作频率上升的话,磁束密度将会出现余量、因此可以减少磁芯的尺寸。相反,动作频率下降的话,可以减少开关元器件、整流元器件的损失。对于磁芯的损失、不能说是在哪一方面变动。它是因总磁束数的降低而减少量和因动作频率上升而增加量。对于要接受EMI规格适用的产品,不要设定在150kHz(预计余量的话120kHz左右)以上。设定在75kHz(预计余量的话65kHz左右)以下的话,更好。
1.1.2 动作输入电压 设定(基本设计步骤-初期设定)
对于瞬时最低输入电压/连接最低输入电压/最大输入电压的3种类,进行设定。
項目 | 内容 |
瞬时最低输入电压 Vinmin1[V] | 考虑了停电保持的最低DC输入电压。为设计的基准。 |
连接最低输入电压 Vinmin2[V] | 仕样上的最低AC输入电压×1.2倍。用于算出卷线的电流容量。 |
最大输入电压 Vinmax[V] | 仕样上的最大AC输入电压×1.414倍。用于开关元器件/整流元器件的耐电压算出。 |
1.1.3 最大输出电流 设定(基本设计步骤-初期设定)
对于过电流保护最大输出电流/连接最大输出电流/峰值最大输出电流(在仕样上有规定的情况下)3种类,进行设定。另外,在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量。
项目 | 内容 |
过电流保护最大输出电流 Io max1[A] | 考虑了偏差的最大电流×余量1.1~1.2。 |
连接最大输出电流 Io max2[A] | 定格输出电流×余量1.1~1.2。为设计的基准。但是,在有峰值最大电流的情况下,只将峰值最大电流作为设计基准使用。连接最大电流只用于算出卷线的电流容量。 |
峰值最大输出电流 Io peak[A] | 峰值最大电流×余量1.1~1.2。为设计的基准。 |
1.1.4 最大二次卷线端输出电压 设定(基本设计步骤-初期设定)
用以下公式算出。最大二次卷线端输出电压VN2max[V]=接插件端输出电压+线间损失0.1~0.5V+整流元器件Vf 0.4~0.6V
※ 在有输出电压可变的情况下,根据客户要求仕样的内容不同,适用的范围而各不相同。(使用率条件是定格时和同样的缓和?还是保证到异常时的动作为止等?)。
客先要求仕样 | 内容 |
只保证输出电压 ※只在装置试验时电压可变的情况下。 | 磁芯用最大输出电压来设计。 卷线是用定格输出电压来设计。 |
保证所有的性能 ※在实使用条件下恒常的电压可变的情况下。 | 磁芯、卷线都有最大输出电压来设计。 |
1.1.5 一次电流倾斜率 设定(基本设计步骤-初期设定)
输入电压,瞬时最低动作电压、输出电流,在过电流保护最大输出电流/连接最大输出电流/峰值最大输出电流的任意一个最大输出电流的条件下,设定图1-1的一次电流波形的倾斜率。K的设定公式如下。
设计的要点:
在控制开关元器件的损失时,将一次电流波形靠近矩形波会比较好。但是,由于电感量上升,变压器的形状将会变大。作为目标,设定到0.5~0.6,兼顾到之后的其它特性,作最适当的变更。
1.1.6 最大导通角设定(基本设计步骤-初期设定)
一般设定为0.45~0.65。设计的要点:
?单一输入的情况下设定为0.45、普遍输入的情况下设定为0.65左右。
? 最大导通角的设定,对开关元器件、整流元器件施加耐压方面会造成影响,因此要进行适当的设定。加宽最大导通角的话,开关元器件的耐压将会上升,缩小最大寻通角的话,整流元器件的耐压将会上升。
? 设定到考虑了控制IC保证的最大导通角(外部设定时,其设定值)的偏差的最小值×0.9以下。1.1.7 最大磁束密度 設定(基本設計步骤-初期設定)
设定为磁芯的产品目录上所记载的饱和磁束密度×0.8~0.9。
图1-2中表示了TDK制的磁珠磁芯PC44的B-H曲线图。
磁芯的磁束密度B[T],如图1-2所示,与起磁力H[A/m]成比例,增加。另外,当B达到一定的值时,在那基础上,即使增加H,B也不会增加。在此磁束饱和状态下,不仅仅达不到作为变压器的机能,还有开关FET破损的危险性,因此磁芯绝对必须在此饱和磁束密度以下来使用。另外,从产品目录上引用数据时,需要在符合使用条件的温度下选择饱和磁束密度,因此请注意。
※磁珠的饱和磁束密度是根据温度而变动。在TDK制PC44的120℃下的饱和磁束密度,将降低到25℃时的值的68.6%。因此,如果在25℃的条件下设计的话,有可能发生实使用时的障碍。
1.1.8 卷线电流密度I/S (基本設計手順-初期設定)
一般在自然空冷下设定最
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