电感和反激变压器设计

1、电感和反激变压器设计线）间隔为。第六章节求得有效层厚度等于：参考图得到Q=/ =/= 以及 36 层，求得 Rac/Rdc=,Rac= Rdc x = x= Q （10） 计算线圈总损耗和温升次级直流损耗：P2dc=lo2Rdc=102 x =次级交流损耗P2ac=l2ac2Rac= x =总的次级损耗直流加交流P2=+=有效线圈高度可以增加次级线圈导线厚度，这样可以减 少直流损耗。但因此 Q值较大，引起交流电阻增加，因而交 流损耗增加大于直流损耗的减少。初级直流损耗P1dc=I1dc2Rdc=22 x =初级交流损耗P1ac=I1ac2Rac= x =总的初级损耗直流加交流P1=+=总的线圈

2、损耗：Pw=+=因为磁芯仅20mW总损耗为在允许的绝对损耗2W之内。总线圈高度：+=,在可用的线圈高度之内。在次级的卩H自感反射到初级为 170卩H（L仁n2L2）.根据第六章计算初级和次级之间的漏感，初级边近似为5卩H。线圈间电容 50pF。如果线圈交错结构，漏感要小一 半，但线圈间电容将增大加倍。交错结构将线圈分成两部分，每部分层数相等。这将使初级和次级的Rac/Rdc都减少到接近1，减少交流损耗，减少总功率损耗到。次级铜的厚度增 加，可进一步减少损耗。5 .断续工作模式断续工作模式的波形如图所示。根据定义，在每个开关周期的一部分时间总的安匝下降到零。因此，断续模式在每个开关周期有三个不同

3、的时刻：ton , tR和t0(图(b)。随着tT,和tR也增加，负载增加，峰值电流 Ip，但t0减少。 当t0为零时，进入临界连续模式(图(a)。137进一步增加负载，进入连续模式。因为控制回路特征突 然改变，可能引起不稳定，这是不希望的。在断续模式中，在每个周期中，在导通期间存储的所有的能量在截止期间传输到输出。磁能乘以频率等于输出功率Po=loUo。所以，如果频率 f, L, Uo保持不变，LI1p2/2 也 不随Ui变，但仅正比于负载电流，而I1p正比于负载电流的平方根。在临界连续时输出最大功率。以到达临界连续时正好达到短路允许峰值电流条件下设计电路，设计的匝比、占空度和电感量在峰值电

4、流小于允 许峰值电流时，提供全部输出功率。决不能脱离磁元件进行电路设计。尤其在高频需要很少 次级匝数，选取匝数发生困难时。设计理想的断续模式反激变压器的次级可能出现分数匝，例如匝，如果次级取整为1匝或2匝，将引起损耗和成本的增加，可通过改变匝比和占 空度。例19 断续模式电感设计举例1）决定反激变压器设计有关的参数。输入电压Ui : 28 ± 4V临界模式（安匝） ISp输出电压Uo： 5V满载电流Io : 10A I1 I2短路电流Is : 12A电路拓扑：反激，断续模式tontof开关频率f :100kHz满载T设定的占空度D:24V,临界连续时（高 Ui） I1限定次级峰值电流

5、I2p :45A（次级）IPI2限定次级电感 L2:卩H（D=, l=45A）最大损耗：0 ton tR tO最大温升 T: 40 C图安匝断续波形 冷却方式：自然冷却 2）初步计算：根据最小Ui（24V）和Uo以及设定的占空度临界连续决定匝比：nUiU'oD1D245614匝比n降低到4:1,而不是5:1,因为：（a）4:1比较接近；（b）峰值输出电流小了，减少输出电容的负担，以及（c）初级开关的峰值电压减少了。临界连续时占空度不再是，必须重新计算：D24U'on'oUiUn41D24平均电流求临界连续时次级峰值电流：138l2dcl2p1D242l2p2l2dc1D

6、24所以，初级峰值电流限制设在稍微低于。临界连续模式次级电流从到零的斜率需要的电感值：LUo'tiUo'T1D24iH在计算损耗之前，必须决定最低电压Ui最坏情况下直流和交流分量。因匝比和占空度可能改变，为使线圈优化， 电流计算在以后进行。3）应用产品手册选择磁芯材料：磁芯材料：铁氧体P类。4）磁芯工作的最大磁通密度和最大摆幅。选用最大磁 通密度Bmax=（3000Gs）。在电流断续模式中，根据定义每个开关周期度有部分时间电流为零。所以， I总是等于Ip,并因为正比关系， B总是等于 Bp。在低输入电压，当电流达到峰值短路电流限制时出现Bmax和Bmax如果磁芯受损耗限制，在P

7、类材料磁芯损耗曲线中，一般取损耗限制为100mW/cm3纹波频率为100kHz， 此决定了相应最大峰值磁通密度为1100GS。得到的峰值磁通密度乘以2获得峰值磁通密度摆幅为2200GS,即。因为在断续模式中，Bmax= Bmax,因而 Bmax也被限制在，接近饱 和。因此，在 Bmax=时，相应于 l=l2p=46A。5）应用产品手册或面积乘积公式，粗选磁芯的形状和 尺寸。选择EE型ETD系列。采用损耗限制面积乘积公式， Bmax=和K2=,需要面积乘积。 采用ETD24磁芯尺寸，AP=（带骨架）：手册查得对于所选磁 芯的参数为：有效磁芯截面积Ae=有效体积Ve=平均磁路长度le= 中柱直径D

8、=窗口尺寸：窗口面积Aw/AW =/宽度 bw/bW =/高度hw/hW =/平均匝长lav=6）决定热阻RT和允许损耗，并将损耗分成磁芯和线圈 损耗。磁芯手册得到热阻为 28C/W。根据最大温升 T求得允许损耗为：Plim= T/RT=40/28=因为小于第一步决定的绝对损耗2W采用为允许损耗。预计磁芯损耗：PC=p x Ve=100mW =350mW. 7)计算需要的次级电感 量的匝数：139N2LlmaxBmaxAe1021022匝N1N2n248匝因为N2取整下降到2匝，磁通密度摆幅成比例地大于初始假设：Bmax除以2得到峰值磁通密度摆幅，查磁芯损耗曲线，在 (1300GS)得到校正后

9、磁芯损耗为160mW/cm3乘以 Ve=,校正后的磁芯损耗为 560mW如果N2取整上升到3匝，磁芯损耗将大大减少，但线 圈损耗同时大大增加，而且磁芯窗口面积可能绕不下线圈。8) 计算要求的电感量的气隙长度 (L 卩H;尺寸一cm):0N2AeL2(1Dcp)1044(1)1049) 计算导线尺寸和线圈电阻：第5步获得窗口宽度 bw=,高hw=。在线圈每端必须留 有爬电距离为。线圈最小宽度为x=。次级：Ui=24V, 1 D24= 输出电流lo=12A峰值短路电流I2sp=有效值电流I2=1D243l2p交流电流 l2ac=l22lo215A电流密度为 450A/cm2,次级导体截面积/450

10、=。导线直 径。也可以用宽，厚铜带卷绕2匝。2匝一2层。包括的低压 层间绝缘。总的线圈高度为。两匝线圈的平均匝长为，线圈总长度为。次级直流电阻为 RdclAIO计算交流电阻：1OOkHz时穿透深度导体厚度为,Q=/ =,查阅Dowell曲线，对于 0=和2层，Rac/Rdc。 次级交流电阻RacRdc如果线圈交错绕，次级夹在两半初级之间，如图所示，相当于次级分成两段，每段1匝。Q=时1层对应Rac/Rdc。此时次级交流电阻RacRdc初级：Ui=24V, D24=O因次级和初级安匝总是相等的， 因此140初级峰值电流 I1pI2p/n/4初级直流电流I1dcI1p初级电流有效值I1I1p初级交

11、流有效值I1ac2D2D32Io电流密度为450A/cm2,需要导线截面积为/450= , 4=导 线。可采用的铜带，宽，8匝卷绕。8层，每层有的低压绝缘，总的线圈高度为 8X (+)=。平均匝长，总初级线圈长度为。初级电阻为RdclAIO计算线圈的交流电阻：线圈如果不交错绕。在纹波频率为1OOkHz时，穿透深度 =, 8层，导线厚度用，则 Q=/ = 0 图查得Rac/Rdc =。初级交流电阻为RacRdc如果交错绕，初级分成两半，每段4层，Q=。图查得Rac/Rdc =。交错绕时初级交流电阻为Rac= Rdc= Q。10)计算线圈损耗，总损耗和温升，采用交错结构：次级直流损耗：P2dc=122x =次级交流损耗：P2ac=ISac2 x Rac=152X =总次级线圈损耗直流加交流： P2=+=初级直流损耗：P1dc=I1dc2 x R1dc=x =初级交流损耗(Rac= Q ):P2ac=I1ac2 x R1ac=x =总的初级线圈损耗直