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對角半橋正激變換器變壓器設(shè)計

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對角半橋正激變換器變壓器設(shè)計

手機充電器變換器使用的變壓器如圖所示,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(fù)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(shè)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(shè)計中的材料和絕緣類型、元件的工作環(huán)境溫度、工作頻率以及所提供的通風(fēng)設(shè)備(例如,強迫通風(fēng)、空氣對流或傳導(dǎo)冷卻)。

大多數(shù)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,這些圖表使設(shè)計有良好的開端,本例中將使用這些圖表。

一個典型的磁心選擇圖示于圖中。

 

舉例說明數(shù)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(guān)頻率為50kHz。

參考圖,由于其工作點P1在允許的工作范圍之內(nèi),EC41磁心應(yīng)該是合適的。

充電器電壓V由110V充電器經(jīng)電壓倍頻器得到,撥動聯(lián)動開關(guān)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(dǎo)通時間將是10μs。

本例中使用了電壓控制反饋環(huán)并有非??斓臅簯B(tài)響應(yīng)。因此暫態(tài)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(shè)計是在最壞情況條件下進行的。

假設(shè)變壓器設(shè)計使用的參數(shù)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(dǎo)通時間,單位是μs;

toff=關(guān)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(yōu)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(shè)計

對于本例,

?=50kHz

ton=10μs(最大)

Acp=100mm2

Ae=120mm2

Bs=350mT在100℃下(見圖)

B==170mT在50kHz下(見圖)

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(fù)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(jīng)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(shè)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(yōu)設(shè)計。(記住,最優(yōu)設(shè)計的目標(biāo)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(guī)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(shè)計

該值小于磁心的飽和值(見圖),因此是可以接受的。

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| 發(fā)布時間:2018.10.08    來源:充電器廠家
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