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          當前位置:首頁 > 解決方案
          電源高頻變壓器的設計方法簡介

          1、計算高頻變壓器初級峰值電流Ipp

            由于是電流不連續性電源,當功率管導通時,電流會達到峰值,此值等于功率管的峰值電流。由電感的電流和電壓關系V=L*di/dt可知:

            輸入電壓:Vin(min)=Lp*Ipp/Tc

          取1/Tc=f/Dmax,則上式為:
                 
                         Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax

          其中:   V in?。?直流輸入電壓,V
             
                Lp  : 高頻變壓器初級電感值,mH
             
                Ipp?。?變壓器初級峰值電流,A
             
                Dmax: 最大工作周期系數
             
                f ?。?電源工作頻率,kHz

            在電流不連續電源中,輸出功率等于在工作頻率下的每個周期內儲存的能量,其為:

                            Pout=1/2*Lp*Ipp2*f
          將其與電感電壓相除可得:

                  Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f)
                   
          由此可得:

                       Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)

          其中:Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流漣波及二極管壓降)=232V,取最大工作周期系數Dmax=0.45。則:

                   Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A

          當功率管導通時,集極要能承受此電流。

          2、求最小工作周期系數Dmin

            在反饋式電流不連續電源中,工作周期系數的大小由輸入電壓決定。

                        Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]

          其中:k=Vin(max)/Vin(min)

             Vin(max)=260V*1.4-0V(直流漣波)=364V,若允許10%誤差,Vin(max)=400V。

             Vin(min)=232V,若允許7%誤差,Vin(min)=216V。

          由此可得:

                      k=Vin(max)/Vin(min)=400/216=1.85

                Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]=0.45/[(1-0.45)*1.85+0.45]=0.31

            因此,當電源的輸入直流電壓在216V~400V之間時,工作周期系數D介于0.31~0.45之間。

          3、計算高頻變壓器的初級電感值Lp

                   Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mH

          4、計算出繞組面積Aw和鐵心有效面積Ae的乘積Aw*Ae,選擇鐵心尺寸。

            如果我們只繞初級于線架上,則:

                       Aw*Ae=(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax

          其中:d為絕緣線的直徑,Bmax選擇為Bsat/2。

            在反饋式變壓器中,如果初級占30%的繞組面積,則其余的70%為次級和絕緣空間,因此,Aw*Ae須再乘以3倍,為了安全起見,我們將其提高為4倍。因此,

                       Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax

          此式只是估算,最后鐵心和線架的選擇是可以改變的。

            假設選擇繞組繞線的電流密度為400c.m/A,則400c.m/A*1.34A=536(c.m),我們參考美國線規(AWG),取NO.22AWG導線,其值為0.028IN。我們選擇TDK H7C1材料的E-E型鐵心,它在100℃時,Bsat=3900G,Bmax=Bsat/2=1950G,可得:

                 Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax
                    =4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282)*108/1950
                    =3.27cm4

            由TDK目錄中可查得EE42*42*15的鐵心和線架Aw*Ae=1.83cm2*1.83cm2=3.33cm4,因此,我們選用此鐵心。

          5、計算空氣間隙長度Lg

            在反饋式電源變壓器中,磁通只在第一象限中變化,電流磁通量不會出現負值。為防止變壓器飽和,可以采用大體積鐵心或在磁通路徑上使用空氣間隙,為減少電源體積,我們采用間隙法,使磁滯回路變的平坦,在相同的直流偏壓下可降低工作的磁通密度。

            在磁通路徑上,空氣間隙會產生較大的磁阻,因此,變壓器所存儲的大部分能量是在空氣間隙中,空氣間隙體積為Vg,長度為Lg。由,

                       1/2*Lp*Ipp2=1/2*Bmax*H*Vg*108

                            Vg=Ae*Lg

                          u0H=Bmax/(0.4*π)

                          u0 :空氣磁導率=1

          可得:

             Lg=0.4*π*Lp*Ipp2*108/(Bmax2*Ae)=0.4*π*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm

          因此,我們在E-E鐵心中心柱分割0.078cm的間隙。

          6、計算變壓器初級線圈Np

                 Np=Lp*Ipp*108/(Ae*Bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(T)

          7、計算變壓器次級線圈Ns

            在輸入電壓最小、工作周期最大時,計算變壓器次級線圈Ns。

                  Vout+Vd=Vin(min)*Dmax/(1-Dmax)*Ns/Np    (Vd是整流管壓降)

                  Ns=Np*(Vp+Vd)*(1-Dmax)/(Vin(min)*Dmax)
                   =90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)
                   =2.84(T)

          取整數為3圈。

            電源輸入電流為14A,400c.m/A*14A=5600(c.m),考慮到集膚效應和生產作業方便,我們采用1400c.m,4條線并聯聯使用,AWG NO:18即可。

            高頻變壓器的設計方法很多,希望此例對大家有所幫助。

           

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