1200W双管正激变换器设计之一——变压器设计.doc

1200W双管正激变换器设计之一变压器设计正激变换器通常使用无气隙的磁芯，电感值较高，初次级绕组峰值电流较小，因而铜损较小，开关管峰值电流较低，开关损耗较小，其高可靠高稳定性使得其在很多领域和苛刻环境得到应用.下面举例给大家分享下对正激变换器的设计方法：规格：输入电压Vin=400V（一般在输入端会有CCM APFC将输入电压升压在稳定的DC400V左右）输出电压Vout=12V输出功率Pout=1200W效率=85%开关频率Fs=68KHz最大占空比Dmax=0.35第一，第一，选择磁芯的材质选择高低损，高Bs材质，一般常采用TDK PC40或同等材，其相关参数如下：因为正激电路的磁芯单向磁化，要让磁芯不饱和，磁芯中的磁通密度最大变化量需满足BBs-Br,得B=390-55=335mT,但实际应用中由于温度效应和瞬变情况会引起Bs和Bs的变化，导致B的动态范围变小而出现饱和，因此，设计时需保留一定裕量，通常取60%80%（Bs-Br）,Bc选得过高磁芯损耗会增加，易饱和，选得过小会使匝数增加，铜损增大，产品体积增大，通常选择60%（Bs-Br），则最大磁通变化量B=（390-55）*0.6=201mT,即0.201T第二，确定磁芯规格根据公式AP=Aw*Ae=(Ps*104)/(2B*Fs*J*Ku)其中:Aw为磁芯的铜窗口截面积（cm2），Ae为磁芯的有效截面积（cm2），Ps为变压器的视在功率（W），J为电流密度（A），Ku为铜窗口占用系数对正激变换器，视在功率Ps=Pout/+Pout电流密度J根据不同的散热方式取值不同，一般采用300600A/cm2,此处考虑到趋肤效应采用多股纱包线，取600A/cm2铜窗口占用系数Ku取0.2B=0.20T，J=600A/cm2,Ku=0.2代入公式得AP=(1200/0.85+1200)*104/(2*0.201*68*103*600*0.2)=7.962cm4查磁芯规格书，选用磁芯ETD49,其相关参数如下：第三，计算匝比、匝数1.根据公式N=Np/Ns=Vin/Vout=(Vin*Dmax)/(Vo+Vf)其中Vf为输出二极管正向压降，取0.8V得匝比N=（400*0.35）/(12+0.8)=10.9375,取匝比N=11验算最大占空比Dmax，最大占空比Dmax=N(Vout+Vf)/Vin=11*(12+0.8)/400=0.3522.根据公式Np=Vin*Ton/(B*Ae)导通时间Ton=Dmax*Ts,周期Ts=1/Fs*106得初级匝数NP=Vin*Dmax*(1/Fs*106)/(B*Ae)=400*0.352*1/(68*103)*106/(0.201*213)=48.36Ts,取49Ts3.次级匝数Ns=Np/N=49/11=4.45Ts4.取次级匝数Ns=5Ts验算初级匝数Np,初级匝数Np=Ns*N=5*11=55Ts考虑到输入电压较高，采用双管正激比采用单管正激可以大幅减小MOS的电压应力，无需消磁绕组。7.再通过初级匝数Np来验算最大磁通变化量B，最大磁通变化量B=（Vin*Dmax*Ts）/(Np*Ae)=400*0.352*1/(68*103)*106/(55*213)=0.1767T根据B+BrBs得0.1767+0.055=0.23170.39,OK8.根据L=N2*Al得，初级电感量最小值Lmin=Np2*AL*(1-0.25)=552*4440*(1-0.25)/106=10.0mH第四，计算各绕组线径1.输入电流Ip=Pout/(Vin*Dmax*)=1200/(400*0.352*0.85)=10.0A初级线圈电流有效值Ip_rms=Ip*SQRT(Dmax)=10.0*SQRT(0.352)=5.9A则，初级线圈截面积Swp=Ip_rms/J=5.9/600=0.0098cm2=0.98mm2多股纱包线单根直径为0.1mm，其单根面积为Sw=3.14*(0.1/2）2=0.00785mm2得,初级所需纱包线股数Nwp=Swp/Sw=0.98/0.00785=124.8PCS,约125PCS。即，初级线圈采用125根单根直径0.1mm的纱包线。2.次级线圈电流有效值Is_rms=Iout*SQRT(Dmax)=100*SQRT(0.352)=59.3A次级线圈截面积Sws=Is_rms/J=59.3/600=0.0988cm2=9.88mm2次级所需纱包线股数Nws=Sws/Sw=9.88/0.00785=1258.6PCS,约1260PCS。即，次级线圈采用1260根单根直径0.1mm的纱包线