對角半橋正激變換器變壓器設計

?新聞資訊 ????|???? ?2019-05-22 15:17
 對角半橋正激變換器變壓器設計
手機充電器變換器使用的變壓器所示,其一般工作原理與用于單端正激變換器中的工作原理相同。主要差別在于不需要能量恢復繞組。
 
步驟1,選擇磁心尺寸
 
遺憾的是,沒有基本的公式供選擇磁心尺寸用。磁心選擇取決于許多變量,包括材料類型、磁心的形狀和設計、磁心的位置、冷卻形式及允許的溫升。這也取決于用于變壓器設計中的材料和絕緣類型、元件的工作環境溫度、工作頻率以及所提供的通風設備(例如,強迫通風、空氣對流或傳導冷卻)。
 
大多數的制造商提供了圖表或諾模圖,推薦了特殊工作條件下磁心的尺寸。
 
舉例說明數碼相機電源適配器
 
考慮一個具有5V,20A單輸出的100W離線正激充電器。開關頻率為50kHz。
 
由于其工作點P1在允許的工作范圍之內,EC41磁心應該是合適的。
 
充電器電壓V由110V充電器經電壓倍頻器得到,撥動聯動開關就可以得到雙輸入電壓工作方式。
 
在對角半橋電路中,占空比不能超過50%,這是由于相同的原邊繞組用于正激和反激兩種條件,而兩種條件所加的電壓都是Vcc。因此,由于工作頻率是50kHz,最大的導通時間將是10μs。
 
本例中使用了電壓控制反饋環并有非??斓臅簯B響應。因此暫態條件下,最大電壓和脈寬是一致的。為防止變壓器飽和,變壓器原邊設計是在最壞情況條件下進行的。
 
假設變壓器設計使用的參數如下:
 
Vac=充電器輸入電壓,單位是V;
 
Vcc=直流變換器整流電壓,單位是V;
 
?=變換器頻率,單位是kHz;
 
ton=最大導通時間,單位是μs;
 
toff=關斷時間,單位是μs;
 
Acp=最小磁心橫截面積,單位是mm2;
 
Ae=有效磁心面積(總磁心以mm2為單位);
 
Bs=最大磁心磁通密度,單位是mT;
 
Bopt=工作頻率時優化磁通密度值,單位是mT;
 
Vout=輸出電壓,單位是V。
 
 對角半橋正激變換器變壓器設計
 
對于本例,
 
?=50kHz
 
ton=10μs(最大)
 
Acp=100mm2
 
Ae=120mm2
 
Bs=350mT在100℃下 
 
B==170mT在50kHz下 
 
Vout=輸出電壓,5V
 
充電器輸入電壓范圍Vac是
 
最小值85
 
額定值110
 
最大值137
 
由倍壓電路給出和加在變換器的直流電壓取決于許多可變因素,因此難以精確計算。一些主要因素是
 
充電器電阻
 
EMI(電磁干擾)濾波電阻
 
浪涌熱敏電阻的熱電阻(若有使用)
 
整流器壓降
 
倍壓器電容尺寸
 
負載電流
 
充電器頻率
 
第一部分第6章展示了建立直流電壓的圖示方法并介紹了電容器選擇。由于并不是所有的變量都可知,直流電壓V的最后確定值最好是從樣機中測量得到。本例中最小直流電壓使用簡單的經驗近似值。對于滿載時的倍壓連接,
 
 對角半橋正激變換器變壓器設計
 
從圖中可知,對于EC41磁心,50kHz時的磁通密度B=(峰值)是85mT該值可用于推挽情況的最優設計。(記住,最優設計的目標是使銅損和磁心損耗大致相同,從而使總損耗最小。)推挽變換器中總的磁通密度變化是從+B=到一B=,磁心損耗取決于總變化△B。在單端變換器中對于相同的磁心損耗,B==△B=2×85=170mT,這是因為所有的磁通密度偏移都在一個象限中(見第9章)。該磁通密度在指定的輸入電壓下決定有效的磁心面積(它決定了磁心損耗,適用于額定的磁心尺寸和常規的輸入電壓)。
 
如果該磁通密度用于額定的充電器電壓(110V交流),則在最大充電器電壓(137V交流)和最大脈寬時的最大磁通密度B是
 
 對角半橋正激變換器變壓器設計
 
該值小于磁心的飽和值,因此是可以接受的。  

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