安匝断续反激变换器设计_图文

1、安匝断续模式下反激变换器设计一、设计参数1.输入电压:U i =(284V ;2.输出电压:U o =5V ;3.满载电流:I o =10A ;4.短路电流:I s =12A ;5.开关频率:f=100Hz ;6.24V 临界占空比D=0.57.最大损耗(绝对:2.0W ;8.最大温升:T=40,自然冷却;9.二极管压降U d =0.6V 。10.工作磁通密度B max =0.3T二、单端反激变换器主电路图U i -+R L V D V T+*C *N 1N 2T三、设计步骤1.确定匝比:由二次侧输出电压d o o U U U +=5+0.6=5.6V ,输入最低电压U i =12V 以及设定

2、占空比0.5临界连续,决定匝比:240.5n 4.2841 5.610.5i o U D U D =-匝比n 选4:1,输出峰值电流减小,减少输出电容负担,初级开关峰值电压减小。2.临界占空比实际值:max 5.640.48324 5.64o i o U n D U U n =+3.次级电流及电感计算:(1次级峰值电流计算:考虑到磁路安匝临界连续,由平均电流求临界连续时次级峰值电流:max 221102dc P o D I I I A -=(2额定负载时电流峰值为:22max 221038.710.517dc P I I A D =-(3次级电流有效值为:2max 0.57710.57738.

3、70.51716P I I D A =-=(4电流最大变化值为:21238.746.410s P o I I I A I =(5需要的电感为:max (1100.5175.60.62446.446.4o o T D t L U U H I -=由于铁氧体材料在高频下具有很高电阻,因而涡流损耗低,同时具有价格低的优势,是高频变压器磁芯首选材料,本设计使用铁氧体P 类。4.工作磁通密度和最大摆幅:如图1,在磁芯损耗曲线中,一般取损耗限制为100mW/cm 3,纹波频率为100KHz ,由此决定了最大峰值磁通密度为110010-4T 。得到峰值磁通密度乘以2,获得峰值磁通密度摆幅为220010-4T

4、 ,即0.22T 。因为在断续模式中,B max =B max ,因而B max 也被限制在0.22T ,接近饱和。因此,在B max =0.22T 时,相应I=I 2P =46.4A 。 图1不同频率下比损耗与峰值磁感应强度的关系5.选择磁芯形状和尺寸:采用损耗限制面积公式得:446433max 20.6421046.4160.250.220.006FL P W e I L I A A A cm B K -=采用EI25磁芯,A P =0.366cm 4(带骨架。由图2查得所选磁芯参数:有效磁芯截面积A e =0.44cm 2;有效体积V e =1.93cm 3;平均磁路长度 l e =4.

5、86cm ;中柱尺寸C=0.675cm,D=0.65cm;窗口面积A W =0.835cm 2。 图2 EI 磁芯结构参数6.热阻及损耗计算:由窗口面积获得热阻为:80080043.5/22220.835T W R W A =根据最大温升T,计算允许损耗:P lim =T/R T =40/43.5=0.92W7.计算次级线圈电感量的匝数:22m 2max I 0.62446.41010 2.9930.220.44ax e L N B A -=匝123412N N n =匝8.计算气隙长度:g g 24724g (0.675(0.65104103100.1050.624o A N cm L -+

6、=9.计算100kHz 时的穿透深度:g 376.576.50.24210010mm f =10.计算导线尺寸:由于输出电流为10A ,即2dc o I =I =10A次级电流有效值为:2I =16A次级电流交流分量为:222ac 22dc I =I -I =12.5A选择电流密度为400A/cm 3,次级导体截面积16A/400=4mm 2。依据图3,可选择2层宽为10mm ,厚度为0.2mm 的铜箔绕制。 初级峰值电流为:1P 2P I =I /38.7/49.7A n =初级电流平均值为:1dc 1P I =I D/2=4.850.483=2.34A 初级电流有效值为:110.5770.

7、5779.70.483 3.89A P I I D =初级电流交流分量为:221ac 11dc =3.1A I I I =-电流密度为400A/cm 3,需要导线截面积为3.89/400=0.973mm 3,可选用宽度为10mm ,厚度为0.1mm 的铜箔卷绕。 图3 导线规格表11.损耗与温升的校核:磁芯损耗计算:1001930.193c e P V mW W = (1次级线圈损耗计算:EI25磁芯窗口宽度为13.25mm 。考虑骨架,线圈可选10mm 。导线截面积除以线圈宽度10mm ,得到导体厚度为0.4mm (2层厚度为0.2mm的铜箔。一共5层,包含匝间0.005cm 绝缘和0.00

8、5cm 绝缘,结果线圈高度为1.5mm 。平均匝长为3cm ,总的线圈长为9cm 。线圈电阻为9cm 。线圈电阻为:62 2.31090.52m 0.04cu dc cu lR A -= 直流损耗为:22P 100.00052=0.052W dc =Q=0.2/0.2420.83=查图得,Q=0.8,3层的R ac /R dc 近似为1.5,则R ac =0.78m 。交流损耗为:21ac P =12.50.00078=0.12W (2初级线圈损耗计算:初级线圈共12匝即12层,平均匝长为4cm ,总的长度为48cm 。线圈电阻为-6cu 1ac cu 2.31048R =11m A 0.01

9、l 直流损耗为:21dc P =2.340.011=0.06W 0.1Q=0.410.242d=查图4得,Q=0.4,12层的R ac /R dc 近似为1.5,则16.5m 。交流损耗为:21ac 3.10.01650.16W P =线圈总损耗为:P=P+P+P+P=0.412WW1dc1ac2dc2ac总损耗为:P=P+P=0.193+0.412=0.605WC W损耗与温升校核满足要求。 图4 交流与直流电阻比和等效铜厚度、层数关系12.二极管选型(1二极管承受最大正向电流:I max=38.7A,考虑安全裕量,I F选择60A(2二极管承受最大方向压降:U f=U o+U i*N2/N

10、1=5+32/4=13V。考虑安全裕量:U F选择40V左右,故选择MBR6020系列。13.开关管选型(1开关管承受最大压降:U Tmax=U i+(U o+0.6*N1/N2=32+(5+0.6*4=54.4V考虑安全裕量:U TF选择150V(2开关管最大正向电流:I Tmax=N2/N1*I max = 38.7/410A 考虑安全裕量:I TF选择20A,故选择MOS管IRF9630。Matlab程序:clear;clc;Ui=24;%输入电压Uo=5;%输出电压Io=10;%满载电流Is=12;%短路电流f=100*1000; %开关频率D=0.5;%24V临界占空比Pmax=2;

11、%最大损耗(绝对Tmax=40;%最大温升Ud=0.6;%二极管压降Bmax=0.22;%工作磁通密度Uo1=Uo+Ud;%二次侧输出电压n=round(Ui/Uo1*D/(1-D;%匝比Dmax=Uo1*n/(Ui+Uo1*n;%临界占空比I2dc=Io;%次级峰值电流I2p=2*I2dc/(1-Dmax;%额定负载时电流峰值I2=0.577*I2p*sqrt(1-Dmax;%次级电流有效值Imax=I2p*Is/Io;%电流最大变化值L=Uo*10*(1-Dmax/Imax;%电感的选取Ap=(L*Imax/Bmax*16/0.006(4/3;%磁芯面积乘积Ae=0.44;%磁芯截面积Aw=0.835;%窗口面积RT=800/(22*Aw;%热阻Plim=Tmax/RT;%允许损耗N2=ceil(L*Imax/B