單端反激開關(guān)電源的變壓器實質(zhì)上是一個耦合電感,它要承擔(dān)著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工作于連續(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器的變壓器設(shè)計進行了總結(jié)。
1、 已知的參數(shù)
這些參數(shù)由設(shè)計人員根據(jù)用戶的需求和電路的特點確定,包括:輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、每路輸出的功率Pout、效率η、開關(guān)頻率fs(或周期T)、線路主開關(guān)管的耐壓Vmos。
2、 計算
在反激變換器中,副邊反射電壓即反激電壓Vf與輸入電壓之和不能高過主開關(guān)管的耐壓,同時還要留有一定的裕量(此處假設(shè)為150V)。反激電壓由下式確定:
反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后,就可以確定原、副邊的匝比了。
另外,反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態(tài),根據(jù)在穩(wěn)態(tài)下,變壓器的磁平衡,可以有下式:
設(shè)在最大占空比時,當(dāng)開關(guān)管開通時,原邊電流為Ip1,當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時,原邊電流上升到Ip2。若Ip1為0,則說明變換器工作于斷續(xù)模式,否則工作于連續(xù)模式。由能量守恒,我們有下式:
一般連續(xù)模式設(shè)計,我們令
這樣就可以求出變換器的原邊電流,由此可以得到原邊電感量:
對于連續(xù)模式,;對于斷續(xù)模式,。
可由法求出所要鐵芯:
在上式中, Aw為磁芯窗口面積,單位為cm2
Ae為磁芯截面積,單位為cm2
Lp為原邊電感量,單位為H
Ip2為原邊峰值電流,單位為A
Bw為磁芯工作磁感應(yīng)強度,單位為T
K0為窗口有效使用系數(shù),根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定,一般為0.2~0.4
Kj為電流密度系數(shù),一般取395A/cm2
根據(jù)求得的AwAe值選擇合適的磁芯,一般盡量選擇窗口長寬之比比較大的磁芯,這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高,同時可以減小漏感。
有了磁芯就可以求出原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式:
再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時求的匝數(shù)不是整數(shù),這時應(yīng)該調(diào)整某些參數(shù),使原、副邊的匝數(shù)合適。
為了避免磁芯飽和,我們應(yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)?shù)臍庀叮嬎闳缦拢?/font>
在上式中, lg為氣隙長度,單位為cm
Np為原邊匝數(shù),
Ae為磁芯的截面積,單位為cm2
Lp為原邊電感量,單位為H
至此,單端反激開關(guān)電源變壓器的主要參數(shù)設(shè)計完成。我們應(yīng)該在設(shè)計完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器的損耗和溫升是否可以接受。同時,在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意。