高频开关电源中隔离降压式DC/DC变换器的制作方法
然后计算脉冲磁感应增量ΔBm, ΔBm=KB·Bm(10) 式中:KB是磁感应强度系数; Bm是磁芯材料最大工作磁感应强度(T)。 对于R2K铁氧体磁芯,最大工作磁感应强度是0.3T。磁感应强度系数KB可以从图2所示的磁感应强度系数曲线图得出,它取决于输出功率P2(W),工作频率f(kHz)和变压器平均温升Δτ(℃)。 变压器所需磁芯结构常数Y由下式确定Y=(11) 式中:Y是变压器所需磁芯结构常数(cm5); q是单位散热表面功耗(W/cm2),q可以从温升和q值关系曲线中得出,如果环境温度为25℃,变压器温升为50℃,对应的q值为0.06。 计算出Y之后,选择磁芯结构常数Yc≥Y的磁芯,然后从磁芯生产厂商提供的资料中查出变压器散热表面积St(cm2),等效截面积Ae(cm2)等磁芯参数,或者自行设计满足结构常数的磁芯。 9)计算初级绕组匝数(N1)[7]N1=·104(12) 10)计算次级绕组匝数NiNi=N1(i=2,3,4…)(13) 式中:Upi是次级各绕组输出电压幅值(V)。 11)计算去磁绕组匝数 对于采用第三绕组复位的正激变换器,复位绕组的匝数越多,最大占空比越小,开关管的电压应力越低,但是最大占空比越小,变压器的利用率越低。故需综合考虑最大占空比和开关管的电压应力,一般选择去磁绕组匝数(NH)和初级绕组匝数相同,即 NH=N1(14) 需要注意的是,应该确保初级绕组和去磁绕组紧密耦合。 2.3确定导线规格 1)计算变压器铜耗Pm 根据变压器平均温升确定变压器总损耗,减去磁芯损耗即得出铜耗,再根据铜耗来计算电流密度。计算铜耗应该在磁芯规格确定之后进行。 Pm=q·St-Pb·Gc(W)(15) 式中:St是变压器表面积(cm2); Pb是在工作磁感应强度和频率下单位质量的磁芯损耗(W/kg); Gc是磁芯质量(kg)。 在实际计算中,铜耗可以按总损耗的一半处理。 2)计算铜线质量Gm Gm=8.9·lm·SW·Km(kg)(16) 式中:lm是线圈平均匝长(cm); SW是磁芯窗口面积(cm2); Km是铜线窗口占空系数,定义为绕组净可绕线空间与导线截面积之比。 计算铜线占空系数时应根据不同情况选取适当值,一般选取范围在0.25~0.4之间,采用多股并绕时应选取较小值。 3)计算电流密度JJ=(A/mm2)(17) 4)计算导线截面积Smi和线径diSmi=(mm2)(18)di=1.13·(mm)(19) 式中:Ii是各绕组电流有效值(A)。 计算所需导线直径时,应考虑趋肤效应的影响。当导线直径大于2倍趋肤深度时,应尽可能采用多股导线并绕。采用n股导线并绕时,每股导线的直径din按下式计算。din=(mm)(20) 铜线的趋肤深度Δ有以下经验公式Δ=(mm)(21) 如果采用多股导线并绕,导线的股数太多,可以采用铜箔。在使用铜箔时,铜箔的厚度应该小于两倍的趋肤深度,铜箔的截面积必须大于该绕组导线所需的截面积。 在计算完毕后,校验窗口尺寸,计算分布参数,校验损耗和温升等。 3应用实例 设计一个用于输入为48V(36~72V),输出为2.2V、20A的正激变换器的高频开关电源变压器,工作频率是200kHz,最大占空比为0.45,采用第三绕组复位,铜线的趋肤深度为Δ=0.148mm。按照上述设计方法,设计的高频开关电源变压器如下: 磁芯规格EFD20,磁芯材料为3F3,Ae=31.0mm2,Philips; 初级绕组16匝,采用型号为AWG31的铜线,6股并绕; 复位绕组16匝,采用型号为AWG33的铜线; 次级绕组2匝,采用厚度t=0.1mm,宽度b=14mm的铜箔,两层并绕,即截面积S=2.8mm2。 在最终确定导线规格时,均保留了一定的裕度。为使各绕组耦合良好,采用交错绕线技术,如图3所示[8],其中P1和P2为变压器初级绕组,并联;S1和S2为变压器次级绕组,并联;R为变压器复位绕组。那么,初级绕组采用AWG31的铜线,两层;次级绕组采用采用厚度t=0.1mm,宽度b=14mm,即S=1.4mm2的铜箔,两层。 设计出的变压器的初级励磁电感值实测为Lm=320.40μH,次级电感值实测为Ls=5.18μH,初级漏 正激变换器中变压器的设计 功率半导体专家国际整流器公司推出基于因特网的设计及模拟工具——myPOWER网上设计中心(OnlineDesignCentre),提供一天完成的设计组件定制服务,并将先进功率系统的设计时间缩短数周,甚至数月。 随着功率密度及系统功能指数的递增,功率系统设计也日趋繁复。由于市场缺乏适当的商用开发工具,加上采购和优化试验电路板耗时甚多,因而延长了先进功率系统的开发时间。 IR将定期扩充myPOWER在线设计中心,扩展至更广泛的直流/直流转换器应用,乃至交流/直流转换器、应用器材及照明设备等应用领域。 IR的myPOWER在
图2磁感应强度系数
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