反激式开关电源的应用

反激式开关电源的应用

在d-dd变换器的设计中，变量是电源变换器设计中非常重要的环节。在设计过程中，应充分考虑矩阵中磁芯的型号、初始电压、气阻、电机数量和干扰矩阵的绕法。而变压器的设计需要技术人员根据一些经验参数来进行变压器的设计和绕制,会出现经验设计多于准确的参数设计,需要实际经验和理论设计两者相互结合。反激式开关电源变压器有连续电流模式(CCM)和断续电流模式(DCM),这两种模式下有不同的设计公式,这给变压器的设计带来了一定难度,变压器在DCM模式工作的性能较差。本文主要针对DCM模式下,改进设计了一个总功率为12W的两路输出反激式开关电源变压器。以下详细介绍变压器设计的方法与步骤,并给出设计实例。1理想变压器结构变压器是根据电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和磁芯。变压器可将一种电压的交流电能变换为同一频率的另一种电压的交流电能的变换装置。与电源相连的线圈,接收交流电能,称为一次绕组(原绕组);与负载相连的线圈,传递交流电能,称为二次绕组(副绕组)。原、副绕组产生的感应电动势和它们各自的匝数成正比。如图1理想变压器结构图所示。图1中U1为输入电压,U2为输出电压,N1、N2分别为一次绕组匝数和二次绕组匝数,I1为输入电流,Φ1为变压器磁通量。1磁层组成结构(1)按相数可分为单相、三相变压器和多相变压器。(1)绕组:绕组是变压器的电路部分。一般采用绝缘纸包的铜线或铝线绕成。(2)磁芯:磁芯是变压器的磁路部分。磁芯分为磁柱和磁轭两部分,磁柱上套装有绕组线圈,磁轭则是作为闭合磁路作用,磁柱和磁轭同时作为变压器的机械构件。(3)气隙:气隙是在磁芯交合处留的缝隙。变压器留气隙是为了防止在工作中产生磁饱和。气隙的作用是减小磁导率,防止磁芯饱和。(4)绝缘部件及引线:绝缘材料包括衬垫材料和浸渍材料。其中衬垫材料主要用于绕组层间的绝缘、绕组与绕组间的绝缘以及绕组与磁芯间的绝缘。浸渍材料主要用于对绕组的浸渍或变压器进行灌封,浸渍材料除能加强变压器绕组及磁芯的绝缘外,还可以起到防潮和散热的作用。2设计步骤和计算公式中的压力变压器设计的步骤包括确定各种设计指标,包括峰值电流、磁芯尺寸、气隙大小、初级次级线圈绕组匝数及绕组导线选取等。12压力设计指标变压器设计指标主要包括:输入电压、输出电压、输出电流、效率η、工作频率f、最大导通占空比Dmax、及最大工作磁通密度Bmax等参数。2变压器磁芯叠装量的确定(1)开关电源输出总功率Pout等于二次各绕组输出功率之代数和,即:Von、Ion表示第n个二次绕组的输出电压、电流。(2)对于一次绕组的输入功率,一次绕组的功率不等于二次绕组的总功率,因为考虑到变压器中有损耗,所以一次绕组的功率Pin应该为:式中:η─变压器效率,始终小于1,1KVA以下的变压器η=0.8~0.9。(3)计算最小和最大输入电流的电压Vin(min)、Vin(max)。(4)计算最小和最大输入电流的电流Iin(min)、Iin(max)。(5)估算峰值电流:其中:K=5.5(反激电路)为了减少铁损耗,变压器的磁芯是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶体材料制成。为了减少磁路中不必要的气隙,变压器磁芯在叠装时相邻两层硅钢片的接缝要互相错开。按各种磁芯可传递的能量来选择磁芯,如下表:4计算pri是每季度的最小值式中:f单位为Hz5电流突变,破坏器件反激式变压器的设计必须引入气隙,否则会造成磁芯饱和。磁芯饱和会引起初级线圈电感量急剧下降,对电流的阻碍作用减小,造成电流突变,烧毁器件。因而需要在磁回路加入适当的气隙,计算变压器气隙其公式如下:其中,Ae为磁芯有效截面积,单位为cm2;Bmax为最大磁通密度,主要根据磁芯的材料来选择的,单位为T;Lpri为一次电感最小值,单位为H。6计算方程中所需的配合效应n0式中AL为磁芯电感系数,查看磁芯参数表可得。式中,V01=输出电压;VD1=整流二极管压降;式中,n取2,3,4…n8压器工作时导线的直径可由下式得出导线截面积As电流密度一般选取J=(2~3)A/mm2;但在变压器短时间工作时,电流密度可取J=(4~5)A/mm2。对于DCM非连续工作时可取J=4A/mm2。导线的直径d1:根据算出的直径查电工手册或表二选取相近的标准线径。当线圈电流大于10A,可采取多根导线并联或选用扁铜线。3输出电压及效率开关电源设计要求,设计电路的输出总功率为12W,采用反激式开关电源,共有两路输出电压,输出电压均为+15V/400mA。输入电压范围在AC60V~150V。输出电压为两路DC15V;电流为400mA;效率η取0.85;工作频率在50kHz;最大导通占空比Dmax=0.5。1计算输入功率、输入电压、输入电流和峰值电压(2)输入功率(3)最低输入电压(4)输入最高电压(5)最小平均输入电压(6)输入最大平均电压(7)最大电流12W可根据表1,选用每边30mm的EE30/30/7材料为PC40磁芯。磁芯Ae=60mm2,Aw=125mm241磁体的气密计算查看磁芯参数表,可知EE30/30/7,AL=2100nH/N2式中,AL为电感系数。5计算方程中所需的配合效应n0取23匝62计算二次组所需的配合性能n1此处整流二极管取肖特基二极管,压降0.2V。取5匝。71导线直径一次绕组按照公式(14)计算:二次绕组:4纹波输出电压检测采用该变压器制作了13V/0.4A两路输出反激式开关电源。在空载时进行了电压调整测试,通过示波器检测可得实验结果如图2所示。由图可见,峰峰值最高为160mv,输出电压在13.2V左右,峰峰值不大,输出13.2V是反馈电阻的原因。对开关电源而言,160mV的纹波在可接受范围。此外,在测试本设计纹波的时候,示波器探头间没有用去耦电容。在开关电容输出方面,并没有选取低ESR的电容作为去耦电容,在一定程度上也影响了纹波的性能。5反激式变压器实验结果设计反激式开关电源变压器,需要考虑以下参数:磁芯型号,输出功率,一次绕组电感,工作频率,原、副绕组的匝数,导线直径以及绕线方式和注意细节。实验结果表明,在电流不连续工作状态下,反激式变压器能表现良好的性能,稳定可靠。(2)按绕组数可分为双绕组、三绕组和自耦