高频变压器设计方法优化

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图5-7 推挽式、桥式工作磁心选择图桥式变换电路变压器设计相对来说比较容易一些。变压器的设计是围绕着效率高、铜损等于铁损这个基本原则进行的。例如，设计一个以UC3845B桥式变换电路的高频变压器，输入电压AC100～260V、50Hz，工作频率40kHz，输出电压电流分别为Vo=5V，Io=100A，效率为80%。

图5-7 推挽式、桥式工作磁心选择图

桥式变换电路变压器设计相对来说比较容易一些。它没有反馈绕组，只有一个输出回路。为了减小磁化电流，变压器的一次绕组的匝数最好多一点，电感量大一点。选择高磁导率合金材料的磁心是合适的，而且磁心不需带气隙。具体的设计步骤如下：

1）选择磁心型号。根据输出功率、效率求输入功率、工作频率以及图5-7确定磁心型号，条件是自然冷却。

2）选择最佳磁感应强度。对于推挽式变换电路，可利用整个B—H曲线，如果选择大的磁感应强度B_W，则一次绕组匝数可以减少，铜损也减小，但铁损却增大。变压器的设计是围绕着效率高、铜损等于铁损这个基本原则进行的。图5-8是A16铁氧体材料铁心的铁损、铜损和总损耗与磁感应强度的关系曲线。该曲线表明损耗是磁感应强度增量ΔB的函数。

例如，设计一个以UC3845B桥式变换电路的高频变压器，输入电压AC100～260V、50Hz，工作频率40kHz，输出电压电流分别为V_o=5V，I_o=100A，效率为80%。

（1）计算输入功率

根据图5-7选定3C8铁氧体磁心材料EE42/66/20，磁心有效截面积A_e=236mm²（见表5-2），厂家推荐磁心的磁感应强度峰值B在40kHz时为100mT（见图5-9），则磁感应强度增量ΔB=2B=2×100mT=0.2T。

图5-8 A16铁氧体材料铁心的铜损、铁损和总损耗与磁感应强度的关系曲线

表5-2 3C8铁氧体磁性材料的磁心特性表

（2）计算一次绕组所承受平均直流电压V_P（AVE）

当占空比D=0.5时，计算开关管的导通时间t_on：

（3）计算一次绕组匝数N_P

每匝线圈所转换的电压n

（4）计算电路二次电压

MOS管为两只同步倍流整流MOS管D-S的导通电压理论点为10V，平波电感L上每半个周期的压降为0.3V，因此，二次绕组上的电压V_S为

（5）计算变压器二次绕组匝数N_S

电路可由两组线圈组成，分别输出5V、50V，总功率为500W。

图5-9 各种磁心磁感应强度峰值B与频率f的函数曲线

（6）注意事项

首先注意伏秒值平衡问题：它与半桥式相似，由于两只晶体管的存储时间不同或是输出整流二极管正向电压不同，会引起变压器一次绕组所承受的正向或反向伏秒值不平衡，这种不平衡会造成变压器在运行期间磁感应强度阶梯式趋向饱和。其次注意瞬时饱和效应。桥式变换电路一般是一对晶体管工作在饱和点附近，如果电源负载瞬时增加，控制电路则必须使脉冲加宽，这样才能补偿损耗和增加L₁的输出电流，其结果是磁铁心会出现单向饱和。这就是瞬时饱和效应，将使晶体管产生过电流。这时只有降低晶体管的放大倍数，才可使输出电压波动减小，适当地增加脉宽，有可能防止出现瞬时饱和效应。

高频变压器设计方法优化

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