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正激变换器磁性元件的设计
正激变换器磁性元件除了变压器外,还有一个电感器,即
扼流圈。一般的资料上½是从变压器开始算起的,½本人认为应
该从电感器开始算起比较½,
这样比较明了,
思维可以比较清楚。
因为正激变换器起源于
BUCK
变换器,而
BUCK
变换器,其功
率的心脏是储½电感,因此,正激变换器的功率心脏是扼流圈,
而不是变压器,变压器只有负责变电压,并没有其它的功½,功
率传输靠得是电感。½然一般书上从变压器算起,也未尝不可,
½这样算,思路不是很明确,也不容易让读者理解。下面我演示
一下我的算法,希望对读者½有所帮助。
电感器的设计
首先,以滤波电感为研究对象,进行研究。在一个周期中,
开关管开通的时候,滤波电感两端被加上一个电压,其电流不是
突变的,而是线性的上升的,有公式
I=V*TON/L,这几项分别
表示电感电流的增量,输入电压,开通时间,电感量。而这个电
压是变压器副边放出的。在开关管关断的时候,电感器以一个恒
定的电压放电,其电流即会线性的下降,同样遵守这个公式,即
I=Vo*TOFF/L,一个周期中,放电电流等于充电电流,所以上两
式相等,再用
1-D
代替
TOFF,D
代替
TON,于是从上两式中得
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到
Vo=V*D
。 画 出 电 感 两 端 的 电 压 电 流 波 ½ 如 下 图
。
电感两端电压电流波½
上有电流波½,下为电压波½。所以,我设计的第一步就是
确定这个原边电流的波½。
第一步,确定电感充电电压值。首先,确定开关管开通的时
候,
加在电感器两端的电压
V,
这个电压由设计者自己设定,
选定这个电压后,最大占空比
D
即确定了。
第二步,设定电感电流的脉动值
IR,不妨自己把电感电流的
曲线图画出来,大概和上面的相似。然后再选定一个脉动电
流的值,即上升了的电流或是下降的电流的值。因为输出功
率和输出电压是已知的,那么平均电流值
IO
就是知道的。
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第三步,根据上面的条件,确定这个电流的波½。要确定这
个波½,
要知道其峰值
IP
吧,
上面的条件已经足够求出这个
峰值了,有方程式
IR/2+(IP-IR)=IO,解出 IP=IO+IR/2
第四步,设定电感量。根据原边电流的波½,算出电感量小
CASE,L=V*TON/IR。这个公式理解吧,就和上面那个一样
的,不要说不理解啊。
第五步,确定此电流的效值
IRMS,这一步用来确定线径。
注意,确定线径用的是有效值,而不是平均值。这个电流波
½ 的有 效值 公式 是:
IRMS=IP*
根 号下 的〈
KRP
的 平方
(
/3-KRP+1)*D〉+IP*根号下的〈
(KRP 的平方/3-KRP+1)
(1-D) 。这个公式推导需要积分比较繁难,我就不讲了,
〉
大家记着用就可以了。
算出了电流值后,
就可以确定线径了,
要½有效值电流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米
之间,这一点很重要,大家要切记啊。
以上几步,就完成了电感器的设计,并且以上几步,确定了
一些重要的参数,这些参数将是下一步变压器设计的基础。
高频变压器的设计
总说:正激变压器和反激变压器是大的区别就是正激变压器
是不要开气隙的,要求其电感量½量大。正激变压器原边也
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有电流,½这个电流不是其自己通过输入电压储存来的,而
是从副边电感上感应过来的,知道了这一点,正激变压器就
½设计了。
第一步,确定原边匝数。
;½然首先自己要选一款磁芯啦.设
原边输入最½电压是
VS,导通时间用 TON
表示,还要自己
设定一个磁芯振幅,一般我是取
0.2
到
0.25T,因为正激变压
器是不需直流分量的,所以相比反激而言这个值可以取大些,
原边匝数
NP=VS*TON/AE*B,其中 AE
是磁芯截面积.
第二步,确定副边匝数,因为在开关管开通的时候,副边要以
V
的电压放电,而这个
V
值,上面已经在设定开关管占空比的时
候确定了,所以副边匝数
NS=NP*V/VS
第三步,画出原边电流波½,算出原边电流波½的效值,从而确
定线径.如下图所示,因为电流波½是从副边感应过来的,其波
½ 就 是 电 感 电 流 波 ½ 开 关 管 导 通 的 那 一 部
分
.
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这个电流的波½的峰值就是电感电流峰值除以匝数比,这个
会算吧,于是这个电流波½的有效值=(IP*V/VS)* 根号下的
〈
(KRP 的平方/3-KRP+1)*D>然后根据这个电流值去选线,
电流密度同上.
第四步,确定副边电流的波½,求出副边电流波½的有效值来.
副边电流的波½就是开关管开通时候电感电流的那一部分,
这个波½和原边电流的波½相似,因为原边电流的波½就是
由这个感应过去的,我就不画了,其有效值=
IP*根号下的
〈
(KRP 的平方/3-KRP+1)*D〉
。依此去选线.
第五步,确定自馈电绕组,一般其和原边同名端相反,利用磁复
½放出电压感应出电压来,我是这样做的,还有一些其它的方
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