反激式高频变压器的分析与设计.pdf反激式高频变压器的分析与设计pdf,P,=P(1/+1) 当原边

文件名称: 反激式高频变压器的分析与设计.pdf

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详细说明：反激式高频变压器的分析与设计pdf,P,=P(1/+1) 当原边无中心抽头,副边有中心抽头时: P=P(1/n+√2) 6) 当原边与副边均有中心抽头时 P=P。(1/y+1)v2 对于图1的拓扑结构,Pt的表达式适用于式(5)。工作磁通密度变化量△Ba则根据不同的电路结构和磁芯饱和磁通密度确定,若变换器为单端电路,磁芯磁通的变化曲线如图2(a)所示,因此△Bac应小于磁芯材料的饱和磁通密度与剩余磁通密度之差;若变换器为双端电路,由于磁通可在正负双向变化(如图2(3),则 △Bac应小于磁芯材料的饱和磁通密度的2倍。除了符合以上条件外,还应适当降低△Ba, 以防磁芯在某工作颛率下损耘过大导致过热。 A △B B (a)单端电路 b)双端电路电子网图2磁芯磁角变化曲线 2.3原边绕组与副边绕组匝数原边匝数可根据式(8)确定,即: U U. D (8) △B·A2△BA 式中:N为原边绕组:L为原边直流电压:tn为导通时间;Dmax为工作电路中的最大占空匕;△Ba为交变工作磁密,△B为交变工作磁密摆幅:fs为工作频率。副边匝数则根据不同电路结构的输入输出电压关系计算 N,=KN U (9) 式中:Ns为副边绕组;L0为输出电压(单位:V);Ko为电路结构系数,在不同的电路结构下有不同的表达式,在反激式电路拓扑结构下,因此电路结构系数K0可由式(10)表示: K。=√2(1-Dm)/Dmx (10) 2.4原边绕组与副边绕组导线尺寸选择首先计算原边电流平均值avg和副边输出电流值10,并由式(3)确定电流密度J,再由 Axp Ieg/J (11) 及 Ax= I/J (12) 计算原副边绕组导线尺寸(式中,Axp为原边绕组导线截面积,AxS为副边导线绕组截血积,考處到趋庆效应,必要时需选择多根导线并绕。 2.5磁丛气隙尺寸每一T作周期能量乘上工作频率f和变压器效率n为输出功率P0,如式(13): y。r2·f (13) 式中:lEve为原边平均电流;Lp为原边电感当变压器工作在电流不连续工作樸式,在:0n时间内电流为0~1p,可得式(14): E=2 (14) 式中:L为原边绕组电感;Us为原边直流电压;Dmax为最大占空比设计中可取I=I,式(14)化简得式(15) I we"JD (15) 将式(15)代人式(13)可得式(16): L。=ymUm 2P 21.:0 式中:1为变压器效率;Dmax为最人占空比;Ts为脉冲周期(单位:s); Us mi n为输入端最小直流电压单位:V; Poma x为最大输出祧在功率(单位:WA 假定所有的磁阻都在气隙中,则式(17)可计算保守的气隙尺寸: 4=改nNA4 (17) 式中:g为气隙长度(单位:mm;u0=4×10·7;Np为原边匝数;Lp为原边电感(单位:m,Ae为磁芯面积(单位:mn)。 2.6检验磁芯磁通密度和饱和裕度为了在磁芯的最大工作值和饱和值之间有足够的余量,需要检验磁芯可能岀现的磁通密度峰值。 ()计算交变磁通密度△BaG,见式(18): △B= Ut (18) NA 式中:△Bac为交变工作憾密(单位:m);Us为输入端直流电压(单位:W);ton为导通时间单位:us);Np为原边匝数,Ae为磁芯截面积(单位:mm2) (2)计算直流磁通密度分量Bd6,见式(19) 偎定磁芯的所冇磁阻都集中在气隙,将得到较高的直流磁通密度保守结果,此近似值可由式(19)得 Bo=nh yo neIde 10 (19) 式中:Bc为直流作用的磁感应强度单位:),u0=4×10-7,Np为原边匝数;|dc 为有效直流电流单位:A);1g为气隙长度(单位:m。 (3)计算Bmax=△Bac/2+Bdc,并将其与选择磁芯材料的饱和磁通密度相比较进行校验。 3变压器设计实例逆变器电路拓扑如图1,其中对变压器的工作要求为:输入电压24V;输出电压有效值 220V,频率50H2;额定容量250VA;开关频率20kH;变压器在反激式电路中,即变压器需工作在DCM;假设效率1=85%,最大占空比0.45。磁芯材料选择Pc40,其在60℃时饱和磁通密度为BW=450m,考虑一定裕度,取Bw的1 3作为变压器工作磁通密度的摆幅, AR==B=150 mT 变压器原副边绕组均无抽头,故由式(5)P=Po(1/n+1)=544W A 11.1P E14 =6.3415cm 工作频率f5=20kHz,kc取0.4,则由式4)得 (△Bk ,根据上述值,选P40EE42/21/20,其中Ap=6.4625cm4;Ae=235mm2;AW=275m2。 LD 原边绕组匝数根据式(8)得: 2△BA.7,66,取匝。副边绕组匝数由式9)及式(10得 N,=K。N (1-D-)NDm0代入数值可:12.76,.127匝。 D 电流密度J由式(3得 J=450×10×A2013=356.38×10 356,38A/cm2 为确保最大输出功率时逆变器仍工作在DGM,原边电感(单位:uH由式(16)得: Ln=少mnV=991 原边绕组电流平均值(单位;A)为: .,- Daam L,Umin =12.26 2L 原边绕组与副边绕组导线面积(单位:cm2)分别由式(11)、式(12)得 Ax=1=0,0344 A号=901思票考虑趋肤效应,原边绕组采用AWG#18导线5根并绕,副边绕组采用AWG#20导线。磁芯气隙(单位:mm)由式(17)可得: 2=NA:=1.91 接下来检验磁芯的最大磁筒密度,首先,由式(18), 交流磁通(单位:T)得: U Dn T △Bn=NA ,=0.287 N。A 再由式(19)的直流磁通(单位:T)得: NI B4=山H 0.0645 ×10 式中,I4=In 可得电子网 Bn=△B,/2+B4=0.2081<0.450TM 可能出现的憾通密度峰值小」磁芯饱和磁通密度,设计可行。 4实验测试电路结构见图1.前级K2,K4关断:K1,K3做20kHz,占空比为0.45的高频斩波, 后级K5导通,K6关断,从而形成一个反激型的DCD电路,输入电压取直流24V,负载R 取3879,此时测得输出电压为289.6V,输入电流为12.7A,此时计算得电路的效率为71 %,经测试,前级仝桥效率在大电流下约为85%,雨考虑电路其他部分的损耗,因此可得变压器的效率约为85%,变压器实物照片见图3。图3变压器实物熙 5结语本文详细介绍了反激式高频链逆变器用高频变压器的设计方法及步骤,明晰了原本复杂的变压器设计步骤。本文的设计方法具有一定的普遍性,设计步骤中大多数也与其他电路拓扑的变压器设计过程吻合,最后,利用本文设计方法设计的高频变压器在250VA高频链逆变器中进行了测试使用,实验结果表明,变压器运行良好,逆变器运行良好,变压器设计是比较成功的。

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