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双管正激式高频变压器设计优化

2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】：高频变压器设计的方法很多，没有一个固定的章法可依。只要这“三率”达到标准了，变压器的设计就是成功的。变压器的设计制作是研制开关电源的首要任务。对高频变压器的参数进行选用时，必须使允许温升、使用的绝缘材料、所选的工作频率及占空比等留有充分的余地。

高频变压器设计的方法很多，没有一个固定的章法可依。用各种计算公式算出的结果相差不大，要根据实际经验并结合现场试验进行调整。这种调整要有依据：电源的效率、负载调整率以及电压调整率。只要这“三率”达到标准了，变压器的设计就是成功的。影响“三率”的因素很多，就变压器而言，有铁磁性材料的性质、尺寸、形状、冷却方式，它们都对变压器的可靠性有影响。变压器的设计制作是研制开关电源的首要任务。对高频变压器的参数进行选用时，必须使允许温升、使用的绝缘材料、所选的工作频率及占空比等留有充分的余地。下面介绍一个设计实例。

输入电压：AC，85～265V，50Hz

输出参数：5V/18A、12V/4A、-5V/0.5A、-12V/0.5A假设数据：占空比DAVE=0.523，工作频率f=100kHz；周期978-7-111-49915-2-Chapter03-50.jpg978-7-111-49915-2-Chapter03-51.jpg，接通时间ton=DAVET=0.523×10μs=5.23μs。

（1）计算平均输入直流电压VAVE

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（2）计算输出输入功率978-7-111-49915-2-Chapter03-53.jpg

1.方法一

（1）计算变压器一次绕组匝数NP

根据3.2.3节，磁心的磁感应强度ΔBac=210mT，又根据输出功率和工作频率由表4-1选用PQ26/20，Ae=113mm2。

NP=DAVEton/（ΔBacAe）=247.45×5.23/（0.21×113）=54.54≈55式中，DAVE是最大占空比与最小占空比的平均值。

（2）计算变压器二次绕组匝数NS1、NS2

半波整流的电压有效值是交流电压的0.45倍，加电容滤波后空载交流电压与直流输出电压有效值的2倍，因此有

VS1=（Vo1+2VL3+VD24）/0.71

式中，VL3为滤波电感L3和L4两只电感压降之和，取0.4V；VD24是整流二极管的正向压降，取0.6V。

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计算变压器绕组每匝所承受的电压n

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（3）计算变压器一次电感LP

输入有效电流IS为

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输入最大电流Im为

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（4）计算磁心气隙δ

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2.方法二

（1）计算变压器一次绕组的峰值电流IPK

根据输入功率，一次绕组的感应电压查表3-1，VBmin=162.26V，VBmax=322.25V。计算变压器匝比

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一次绕组输入电流IPO=Pi/VBmin=172.35/162.26A=1.062A一次绕组输入峰值电流IPK=2Po/（VBmaxDminη）=2×146.5/（322.25×0.343×0.85）A=3.119A

（2）计算一次绕组电感LP

LP=VBmaxton（min）/IPK=322.25×3.43/3.119μH=355μH

（3）计算变压器一次绕组匝数NP

由方法一所选的磁心PQ26/20，磁感应强度ΔB=0.21T，磁心截面积Ae=113mm2，得

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（4）计算变压器二次绕组匝数NS1、NS2及反馈绕组匝数NF计算每匝绕组所承受电压

NV=VBmin/NP=162.26/47=3.45V/匝

计算二次绕组及反馈绕组电压VS1、VS2、VF

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（5）计算磁心气隙δ

δ=0.4πLPI2PK/（ΔB2Ae）=1.256×0.355×3.1192/（0.212×113）mm=0.87mm

3.方法三

（1）计算变压器一次绕组峰值电流IPK

IPK=Po/（VBminDminη）=146.5/（162.26×0.343×0.85）A=3.097A

（2）计算变压器一次绕组电感LP978-7-111-49915-2-Chapter03-62.jpg

（3）计算变压器一次绕组匝数NP

NP=LPIPK/（ΔBAe×10-3）=0.36×3.097/（0.21×113×10-3）=46.98≈47

（4）计算变压器二次绕组匝数NS1、NS2及反馈绕组匝数NF

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NF=VFO（1-Dmin）NP/（VBminDmin）=25×0.657×47/（162.26×0.343）=13.87≈14

（5）计算变压器磁心气隙δ

δ=4π×10-4IPKNP/ΔBac=12.56×10-4×3.097×47/0.21mm=0.87mm

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