高频开关变换器中的磁性元件设计

、低Br及低损耗的磁性材料。

3.2 高频变压器的参数分析计算

单路变压器的工作频率f = 100k ，因此，对于滤波电感其工作频率为2f = 200k，分析计算可得：

峰峰值电感电流：

其中， VD：续流二极管压降，取为0.5v。

电感的平均电流：

电感的最大电流：

电感的最小电流：

变压器副边直流电流的平均值：

变压器副边交流电流的平均值：

变压器原边电压：

其中，Vmosfet：功率开关管的导通压降，取为0.5v。

变压器副边电压：

其中，VDW：整流二极管的压降，也取为0.5v。

原、副边匝数比：

变压器原边直流电流的平均值：

变压器原边交流电流的平均值：

另外，单路变压器的输出功率为320W(考虑损耗)，最大室温为25摄氏度，最大温升为60摄氏度。通过以上的参数分析计算，得到高频变压器的设计规格如表一所示：

表一 高频变压器的设计规格

3.3 高频变压器的软件实现及Spice模型

根据表一的设计规格，使用Magnetics Designer软件完成高频变压器的自行设计。首先选取适用的铁芯与材质，当输入工作频率值后，铁芯精灵软件会自动选取适当的铁芯尺寸，并由程序自动最佳化处理尺寸大小，然后在变压器窗口中输入相关绕组电压值与电流值等设计规格，进行多次的改进设计，最后Magnetics Designer会将变压器的电气特性与绕组规格产生完整的输出报告，以转交给制造商制作高频变压器或提供给使用者作设计参考。

另外，Magnetics Designer软件可以建立所设计的高频变压器Spice模型，此模型包括所有的铁芯损与铜损、交流与直流电阻、漏电感与磁化电感和绕组电容等，并且是以子电路的形式实现的，可以很容易的与Pspice电路仿真软件进行嫁接，实现很完美的仿真。图1中的高频变压器Spice模型子电路清单如下：

*SRC=Untitled;Untitled;Transformers;;Fair-Rite, E42/21/15 (94--036002)

*SYM=Untitled

.SUBCKT Untitled 1 2 3 4

*Copyright(c) Intusoft 2000.　All rights reserved, redistribution prohibited.

*Fair-Rite, E Ferrite, 75_10100K_25C, E42/21/15 (94--036002)

*exempt 31097 3693 -17580

** ** ** **

Rdc1 N41 N61 372.5u

Lmag N41 2 23.17u

Rcore N41 2 129.5

Rac1 N61 1 372.5u

Lac1 N61 1 1.778n

** ** ** **

L12 N41 in2 51.31n

C1_2 in2 2 -925.1p

C2_23 2 4 9.720p

C3_23 2 N42 18.87p

Efwd2 N82 4 in2 2 12.50

Vsens2 N82 N42

Ffbk2 in2 2 Vsens2 12.50

Rdc2 N42 N62 77.67m

Rac2 N62 3 77.67m

Lac2 N62 3 370.8n

.ENDS

3.4 仿真结果

为了验证高频变压器的设计结果，对图1所示的组合双管正激变换器进行了Pspice仿真，其中的高频变压器采用Magnetics Designer软件所生成的Spice模型，主要仿真波形如图3所示。

(a) 输出电流波形

(b) 输出电压波形

图3　组合双管正激变换器的主要仿真波形

图3(a)、图3(b)分别是变换器输出电流和输出电压的波形，仿真结果符合设计要求，并反映了变换器的启动过程。

4、 结论

磁性元件是高频开关变换器中必不可少的关键器件，它担负着磁能的传递、储存以及滤波等功能，并且其性能参数对开关变换器的性能影响很大，因此磁性元件设计的重要性是不言而喻的。本文介绍的采用Magnetics Designer软件对磁性元件进行自行设计的方法，基本上反映了磁性元件的实际工作情况，具有一定的指导意义和很强的实用价值。

参考文献

1. “Magnetics Designer Application Note”,Intusoft,1997.

2. 丁道宏主编.电力电子技术.航空工业出版社,1999.

3. 张占松.蔡宣三编.开关电源的原理与设计.电子工业出版社,2000.

4. 蔡宣三.高频开关变换器中的磁元件-电感与变压器.电源世界，2002.3.

5. C.H.G.Treviso, A.A.Pereira, V.J.Farias, J.B.Vierira and L.c de Freitas, A 1.5kW Operation with 90% Efficiency of a Two- Transistor Forward Converter with Nondisspative Snubber, PESC’ 99, PP696- 700