DCDC變換器中磁性元件的設(shè)計(jì)(共26頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)DC/DC 變換器中磁性元件的設(shè)計(jì)摘 要： 磁性元件是 DC/DC 變換器中的關(guān)鍵部分，它決定了變換器體積效率等多方面性能。本文結(jié)合幾種典型的 DC/DC 變換器歸納了磁性元件分析與設(shè)計(jì)的方法，得出了磁性元件設(shè)計(jì)原理；對(duì)DC/DC 變換器（正激式、反激式、半橋全橋以及推換式）按磁芯工作狀態(tài)分類，分別介紹了各類磁性性元件設(shè)計(jì)過程；并對(duì)磁件結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了研究;而后分析了集成磁件分析與建模方法，以及磁件集成的推導(dǎo)過程。最后結(jié)合 ZVS-ZCS 三電平 DC/DC 變換器對(duì)磁性元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了具體設(shè)計(jì)

2、過程以及三電平變換器。關(guān)鍵詞： 磁性元件、DC/DC 變換器、磁集成技術(shù)、三電平、倍流整流。Abstract: Magnetic element is one of main parts in DC/DC converter, which determines several kinds of performance of converters such as volume and efficiency. This paper summarizes the means of designing and analyzing magnetic components and obtains the

3、designing principle .According to different functional modes of magnetic core of DC/DC converters (Forword, Flyback,Half bridge,Full-bridge and Push-pull converter ) ,various designing process are presented respectively . Then it analyzes the structure of magnetic components and crafts. The methods

4、of modeling and deducing of integrated magnetic elements are also presented. In addition, it designs the magnetic components and introduces TL converter combining ZVS-ZCS TL DC/DC.Keywords: Magnetic, DC-to-DC converter ,Magnetic integration, Three level converter ,Current double rectify1 緒綸磁性元件是開關(guān)電源

5、中重要的組成部分，它是能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換、電氣隔離與濾波的主要器件。它從以下幾個(gè)方面影響了變換器的整體性能：磁性元件是影響變換器體積和重量的主要因素磁性元件參數(shù)的選取直接影響變換器的輸出電流脈動(dòng)和動(dòng)態(tài)性能磁性元件直接影響變換器效率磁性元件寄生參數(shù)直接影開關(guān)管的電流應(yīng)力和壓降因此開關(guān)變換器設(shè)計(jì)的成敗很在程度上取決于磁性元件的設(shè)計(jì)正確設(shè)計(jì)和制作。磁性元件設(shè)計(jì)涉及諸多因素，設(shè)計(jì)結(jié)果不唯一，正確的設(shè)計(jì)不僅包括參數(shù)的計(jì)算，還包含結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)等問題。高頻化、平面化、集成化、混合化是高頻磁技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。常用提高頻率的方法來減小磁件的體積、重量、改善濾波性能；但是頻率的提高會(huì)受到整機(jī)效率的限制，高頻時(shí)為了減小

6、磁芯損耗，要降低磁通擺幅，所以磁芯利用率不高限制了磁性元件體積的減小。為了進(jìn)一步減小磁件的體積和損耗，同時(shí)保證整機(jī)的性能，從而提出了磁集成技術(shù)。1.1 變壓器設(shè)計(jì)概述要使變壓器效率高、體積小、成本低、寄生參數(shù)影響少，必須科學(xué)合理的設(shè)計(jì)變壓器。在給定絕緣等級(jí)和應(yīng)用環(huán)境條件下，選取較高的B 值，可以減少匝數(shù)，但磁芯損耗Pc 增加；線圈匝數(shù)減少，導(dǎo)線電阻減少，線圈損耗PW 下降；反之，Pc 增加，而PW 減少，當(dāng)PWPC 時(shí)變壓器損耗最小，體積也最小。因此要選用最合適的磁性材料和磁芯型號(hào)。為了減小漏感、激磁電感等寄生參數(shù)，就得采用合理的結(jié)構(gòu)和制作工藝.精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.1

7、.11.1.1 變壓器設(shè)計(jì)過程變壓器設(shè)計(jì)過程首先確定設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇磁芯；再確定原副方匝數(shù)及線徑，計(jì)算損耗和溫升并校驗(yàn)；最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì).所要確定的設(shè)計(jì)參數(shù)有：開關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓/電流、溫升和最大損耗限制、占空比限制工作條件等。按開關(guān)變換器特點(diǎn)和磁芯不同的工作狀態(tài)選擇磁芯材料和形狀.根據(jù)磁芯在變換器中四種不同工作狀態(tài)：有直流偏磁的單向磁化，無直流偏磁的單向磁化，雙向磁化和飽和電感磁化變換器.將磁芯工作狀態(tài)分為四類. 軟磁材料的主要性能參數(shù)及主要應(yīng)用方向如下表:表 1.1 磁性材料性能及主要參數(shù)不同磁芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：表 1.2 不同結(jié)構(gòu)磁芯特點(diǎn)選擇磁芯型號(hào)的方法：Ap 法：由公式計(jì)

8、算出 Ap 值，根據(jù) Ap 并留一定余量選14110ApXTofwwjPK K f B K取磁芯型號(hào)。窗口使用系數(shù) K0一般取 0.4；波形系數(shù) Kf為 4/4.44;電流密度系數(shù) Kj 查表可得； 工作頻率 fw已知。 PT為視在功率，按變壓器結(jié)構(gòu)和效率確定。工作磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bw 按工作態(tài)和所用磁性材料確定。受飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁芯損耗限制。與工作頻率和溫度有關(guān)，一般的鐵氧體材料 Bw取值為 25kHz25kHz3000Gs50kHz3000Gs50kHz2000Gs100kHz2000Gs100kHz1500Gs200kHz1500Gs200kHz1000Gs1000Gs磁芯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)EE 型

9、磁芯具有較大矩形截面積，寬窗口，形狀簡(jiǎn)單，制造容易，擴(kuò)展功率容易，可作為大功率變壓器磁芯。矩形截面粗導(dǎo)線繞線困難和窗口利用差。ETD 型和EC 型磁芯具有圓形中心柱截面，繞線匝長(zhǎng)較矩形截面短。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。寬而大的窗口，耦合好，相同處理功率情況下可得到最佳的尺寸和重量.但不能象矩形截面寬展功率P（罐）型磁芯罐型磁芯具有優(yōu)良的磁屏蔽性能，線圈長(zhǎng)度短。適用于低功率。出線缺口小、出線困難同時(shí)高壓隔離難。環(huán)型磁芯寬的窗口，散磁通少，線圈耦合好，散熱也好。但繞線困難。材料 硅鋼片 金屬磁粉芯 叵莫合金 非晶微晶 Mn-Zn Ni-Zn 應(yīng)用頻率(Hz) 50-1k 1k-100M 20kHz 1k-3

10、00k 1M i 103 10-500 103-4 10k-100k 800-15000 5-1500 Bs(mT) 1500-2000 700-1500 700-1500 1200-1500 350-500 250-350 Tc() 300 300 300 200-600 120-250 120-450 主要應(yīng)用 變壓器 電抗器 電感 音頻變壓器脈沖變壓器 變壓器 電感 變壓器 電感 變壓器 電感 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖 1.3 鐵氧體材料特性曲線Kg 法，a 為電壓調(diào)整率。根據(jù) Kg 值224102TswPKgf BaKe2f其中: Ke=0. 145K查表與 Ap

11、 法類似。查表法，根據(jù)變換器輸出功率 Po 和變換器種類，直接用廠家提供的磁芯選擇圖或表進(jìn)行選擇。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，開關(guān)電源變壓器選擇鐵氧體磁芯體積的一般經(jīng)驗(yàn)：按 100kHz 以內(nèi)普通變壓器 3-10W/g、100-500kHz 平板變壓器 10-20W/g 選擇；變壓器功率越大，體積越大，取值可以越大；變壓器工作頻率越高，取值可以越大；散熱條件越好，取值可以越大。原副方匝數(shù)及線徑。原方匝數(shù)按或確定。再按主電路拓?fù)溆?jì)minmaxVsTonNpBAe 1fsweVNpK f B A算匝比 K，從而得出副邊匝數(shù)。其中要根據(jù)圖 1-1、圖 1-2 按磁芯損耗和飽和限制選B取， 導(dǎo)線型號(hào)確定.電流密度 J

12、 一般取 4-6.5A/mm2,還要考慮集膚效應(yīng).當(dāng)導(dǎo)線截面積小于集膚深度時(shí)，交流電阻與直流電阻比值很大，線圈損耗大，導(dǎo)線利用率低。要用多根細(xì)導(dǎo)線并聯(lián)。損耗、溫升及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算并校驗(yàn)。變壓器損耗包括磁芯損耗 Pc和線圈損耗 Pac + Pdc。Pc按圖 1-1b 比損耗曲線由磁通擺幅頻率得到比損耗 k, Pc=kVe。 Pac=I2Rac,Pdc=I2Rdc.Rdc由所用導(dǎo)線長(zhǎng)度和電阻率得出，Rac與 Rdc的比值和集膚深度有關(guān)。溫升，為熱阻系數(shù)，P 為變壓器總損耗。再計(jì)算最大磁感應(yīng)強(qiáng)度看thTR PthR是否飽和。變壓器結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)。12 電感設(shè)計(jì)概述電感設(shè)計(jì)方法與變壓器設(shè)計(jì)方法類似

13、，一般工作在 I 類狀態(tài)。直流分量大，交流分精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)量小。線圈損耗遠(yuǎn)大于磁芯損耗，防止磁芯飽和是考慮的主要因素。因此常選擇鐵氧體材料開氣隙或用磁粉芯制作電感。體積最小，成本最低的電感是設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。體積最小意味著磁芯利用最好，損耗最小。在特定的應(yīng)用條件下，最佳磁芯利用率（最小體積）與最佳氣隙長(zhǎng)度有關(guān)（分布?xì)庀兜拇欧坌臼怯行Т艑?dǎo)率e）。磁芯利用最好，就要求磁芯工作在最大磁通密度（受飽和磁感應(yīng)或磁芯損耗限制）和最大線圈電流密度（受線圈損耗限制）時(shí)最佳氣隙長(zhǎng)度，才能獲得最小的磁芯尺寸。所以電感設(shè)計(jì)就是要尋求最佳氣隙長(zhǎng)度（對(duì)于磁粉芯求最佳e）。1 12 21 1用鐵

14、氧體開氣隙設(shè)計(jì)電感用鐵氧體開氣隙設(shè)計(jì)電感電感器設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是在滿足給定的性能指標(biāo)的前題下，確定最好的鐵心結(jié)構(gòu)、最小的幾何尺寸、恰當(dāng)?shù)睦@組匝數(shù)、導(dǎo)線截面積和氣隙長(zhǎng)度等。用Ap法選擇磁芯型號(hào)，根據(jù)公式確定匝數(shù),22max10 ,maxL INLuH AecmBAe由電感值來確定氣隙長(zhǎng)度,。gl20.4eegrN ALll1 12 22 2用磁粉芯設(shè)計(jì)電感用磁粉芯設(shè)計(jì)電感根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按kW 以上：W/cm31kW：0 W/cm3kW 以下：W/cm3 選取磁芯，由來確定線1122200reeereN ALlLLNlA 電感系數(shù)圈匝數(shù)，由于電磁導(dǎo)率會(huì)隨直流磁化強(qiáng)度增大而減小，所以其中 L 值要用所給值的

15、0L/0.75 左右手來計(jì)算。1.3 磁集成技術(shù)簡(jiǎn)介磁集成技術(shù) IM（integrated magnetics ）是將變換器中的多個(gè)分立的磁件從結(jié)構(gòu)上集中在一起，繞制在一副磁芯上。采用磁集成技術(shù)能夠減小磁件的體積、重量，甚至還能減小電流紋波、降低磁件損耗、改善電源動(dòng)態(tài)性能，對(duì)提高電源功率密度有重要意義。磁集成研究的內(nèi)容主要是磁件的分析與建模、具體應(yīng)用兩方面。1.4 本文選題意義和研究的內(nèi)容.1 本文選題的意義本文選題的意義1.磁性元件是 DC/DC 變換器中最關(guān)鍵的部件之一，它決定了變換器體積效率等多方面性能，研究磁性元件有有利于變換器的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。2磁性元件設(shè)計(jì)要綜合考慮體

16、積、重量、成本、寄生參數(shù)等因素,它關(guān)系到變換器設(shè)計(jì)的成敗。本課題對(duì)磁性元件設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，有利于設(shè)計(jì)出正確合理的磁件，為進(jìn)一步研究變換器打下了基礎(chǔ)。3對(duì)磁集成技術(shù)的研究與應(yīng)用，有利于開發(fā)出低損、高效、輕量小型化的磁性元件..2 本文的內(nèi)容本文的內(nèi)容精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第一章緒論對(duì)磁性元件設(shè)計(jì)的相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了概述。闡明了電感和變壓器設(shè)計(jì)的一般方法，歸納了磁性材料知識(shí)以及變換器工作特點(diǎn)并簡(jiǎn)要介紹了磁集成技術(shù)。第二章給出了磁件分析與設(shè)計(jì)的方法，得出了磁性元件設(shè)計(jì)原理；并對(duì) DC/DC 變換器（正激式、反激式、半橋全橋以及推換式）按磁芯工作狀態(tài)分類，分

17、別介紹了各類磁性性元件設(shè)計(jì)過程；最后對(duì)磁件結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了研究。第三章分析了集成磁件分析與建模方法，以及磁件集成的推導(dǎo)過程。第四章結(jié)合 ZVS-ZCS 三電平 DC/DC 變換器對(duì)磁性元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了具體設(shè)計(jì)過程以及三電平變換器。第五章對(duì)本文作出了總結(jié)2 DC/DC 變換器磁性元件設(shè)計(jì)理論及其設(shè)計(jì)方法2.1 磁性元件損耗、漏磁、散磁分析及其設(shè)計(jì)原理2 21 11 1 磁芯損耗分析磁芯損耗分析鐵磁物質(zhì)在交流磁化過程中，因消耗能量發(fā)熱，磁材料損耗功率(Pt)由磁滯損耗(Ph)、渦流損耗(Pe)和剩余損耗(Pc)組成：Pt=Ph+Pe+Pc。在低頻時(shí)，磁芯損耗幾乎完全是磁滯損耗；高頻時(shí)渦流和剩

18、余損耗占主要部分，由此低頻時(shí)材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)aTmPf B V度是限制因素。高頻時(shí)，磁心損耗是限制材料高頻應(yīng)用的主要因素，工作區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)離飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不是主要因素。2 21 12 2散磁通和漏磁通分析散磁通和漏磁通分析（1）散磁通是部分通過磁芯經(jīng)過周圍空氣路徑閉合的磁通。如果是電感線圈，它是電感磁通的一部分；如果是變壓器為部分或全部不與次級(jí)耦合的磁通，可能是主磁通的一部分，其余是漏磁通，也可能全部是漏磁通。在磁路中兩點(diǎn)之間有磁位差，在兩點(diǎn)之間就可能產(chǎn)生磁通。根據(jù)磁位分布圖，可以分析散磁場(chǎng)的分布。如圖2-1: 圖2.1 E型磁芯中柱、邊柱有氣隙和只中柱有氣隙磁位圖其

19、中： xxcxUFUxxNFIlcxINUHdxxlx0精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)Uxx 點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的磁位差；Fx0 x 段磁路所匝鏈的線圈磁勢(shì)；Ucx 0 x 段磁芯的磁阻壓降。（2）漏磁通只與激勵(lì)線圈N1匝鏈，不與N2鏈合的磁通。漏磁通的大小與線圈間耦合緊密程度、線圈繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)性能等因素有關(guān)。對(duì)E型磁芯變壓器，漏感與初級(jí)匝數(shù)的平方成正比，與窗口高度成反比，線圈間的間隔越小漏感也越小。2 21 13 3 磁件設(shè)計(jì)原理（1）高頻變壓器設(shè)計(jì)原理Ap 法是最常用的方法，先求出滋芯窗口面積 Aw 與磁芯有效截面積 Ae 的乘積AP（稱面積乘積） 。根據(jù) AP

20、 值，查表找出所需磁性材料之編.Ap 法公式推導(dǎo)如下：原邊 Np 匝，副邊 Ns 匝的變壓器，根據(jù)定律1fspweVK f N B A111220012pfswewwppssfswefswepsVNK f B AVIVIK AK AN AN AK f B A JK f B A JIIAAJJ11 122410010XweTfsewepXfjswjweV IV IA APK K f A JA AAK K K f BJKA A開關(guān)工作頻率(Hz)； Bw工作磁通密度(T)sfAe磁芯有效面積(m.m) ； Ko窗口使用系數(shù)波形系數(shù)有效值與平均值之比正弦波時(shí)為 444，方波時(shí)為 4fK原邊繞組每匝所

21、占用面積； Aw鐵芯窗口面積；pA副邊繞組每匝所占用面積； J 為電流密度；sAKj電流密度比例系數(shù)； X常數(shù)，由所用磁芯確定。（2）電感設(shè)計(jì)原理 面積乘積(Ap)公式推導(dǎo)電感有wed BSdidLNNLINB Adtdtdt 兩邊積分得2200wwewwwXjLILINNILIB AeB AeA AApB JKNIJK AJK Ap1241010XwjLIApB K K精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)磁芯窗口面積 Aw 與磁芯截面積 Ae 的乘積 AP 與可電感儲(chǔ)能值，與工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bw，電流密度 J，窗口面積使用系數(shù)有關(guān)。上式說明合理選擇 Bw、J、L、值電流 I 會(huì)產(chǎn)生合適的

22、溫升。因此，產(chǎn)生了按 AP 設(shè)計(jì)電感器的方法。電感值計(jì)算公式a)磁路閉合時(shí)：，為磁路有效長(zhǎng)度。20remNALl mlb)有氣隙長(zhǎng) Lg 時(shí)電感為：；當(dāng)遠(yuǎn)在于時(shí)：280.410emgrN ALllglmrl280.410egN ALl 2.2 DC/DC 變換器磁芯工作狀態(tài)幾乎所有感性器件如電感、變壓器、傳感器等都離不開軟磁材料。它主要包括鐵氧體軟磁材料和金屬軟磁材料，具有不同的特點(diǎn)。要結(jié)合變換器工作狀態(tài)和材料特點(diǎn)按工作頻率范圍、工作磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、損耗溫升限制、以及環(huán)境價(jià)格來選擇。根據(jù)磁芯在變換器中四種不同工作狀態(tài)：有直流偏磁的單向磁化，無直流偏磁的單向磁化，雙向磁化和飽和電感磁化變換器

23、將磁芯工作狀態(tài)分為四類.各類工作狀態(tài)特點(diǎn)及對(duì)磁芯要求如下：I 類工作狀態(tài)直流濾波電感工作狀態(tài)(Boost,Buck 電感;推挽/半橋等濾波電感及反激式變壓器芯)圖 2.2 反激式變換器變壓器工作狀態(tài)工作在電流連續(xù)狀態(tài)下，直流偏磁大，交流分量小，工作在局部磁化曲線上；直流分量較大，因此產(chǎn)生很大的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H，為了不使磁芯飽和，磁芯磁導(dǎo)率不應(yīng)太高。磁芯一般采用高導(dǎo)磁材料帶有氣隙的磁芯或磁粉芯。II 類工作狀態(tài)正激式變壓器變換器工作狀態(tài)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 2.3 正激式變換器變壓器磁芯工作狀態(tài)磁芯單向磁化工作在第一向限，磁化電流不參與能量傳輸，在晶體管截止時(shí)返回電源，因此這

24、類磁芯選用高磁導(dǎo)率 ,高飽合磁感應(yīng)強(qiáng)度s，和低的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br,變壓器磁芯常留一小的氣隙可大大降低rIII 類工作狀態(tài)磁芯雙向交變磁化（推挽式、半橋、全橋變換器工作狀態(tài)）圖 2.4 推換式變換器磁芯工作狀態(tài)磁芯的磁感應(yīng)在半周期內(nèi)變化 2Bm。在損耗允許的情況下，Bm 取值越高，磁芯的體積較??；頻率越高磁芯損耗越大；工作在此類的磁芯材料應(yīng)具有高的電阻率，低的 Br及高的飽和磁感強(qiáng) Bs,為減少磁芯存儲(chǔ)能量，磁芯應(yīng)有盡可能高的磁導(dǎo)率。2.3 各類 DC/DC 變換器中磁性元件設(shè)計(jì)方法.1 單端反激式變壓器和電感設(shè)計(jì)單端反激式變壓器和電感設(shè)計(jì)反激式變壓器磁芯和 Boost,Bu

25、ck 電感;推挽/半橋等濾波電感磁芯都處于 I 類工作狀態(tài)對(duì)磁芯有共同的要求。 反激式變壓器設(shè)計(jì)(1)反激式變換器特點(diǎn)中變壓器還具有儲(chǔ)能電感作用，變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為了防止磁芯飽和，需要加氣隙，因此漏感較大，電感值相對(duì)較低。當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，由于漏感儲(chǔ)能釋放將引起很高的關(guān)斷電壓尖峰，功率管導(dǎo)通時(shí)，電感電流變化率大，電流峰值大，CCM 模式整流二極管反向恢復(fù)引起功率開關(guān)開通時(shí)高的電流尖峰。因此還必須用箝位電路來限制反激式變壓器功率開關(guān)電壓和電流應(yīng)力。(2)單端反激式變壓器設(shè)計(jì)1)選擇磁芯大小 :法:計(jì)算出變壓器傳輸功率 P, 根據(jù)傳送功率與尺寸(體積)各種形式的關(guān)系圖選擇

26、磁芯精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)法:用 Ap 法經(jīng)驗(yàn)公式: K 取 0.21.1431.11ipsPAKfB2)計(jì)算 Tonmax 確定原邊繞組開關(guān)晶體管的最大導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)在最低輸入電壓 Umin和最大負(fù)載時(shí)發(fā)生。3)選擇工作時(shí)磁通密度值(振幅)一般考慮磁芯損耗按比損耗曲線（如圖 1-1b）acB選擇 100mW/cm3左右時(shí)的4)汁算原、副邊匝數(shù)因?yàn)樽饔秒妷菏且粋€(gè)方波，一個(gè)導(dǎo)通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系式中 Np原邊匝數(shù)；Vs原邊所加直流電壓(v)；導(dǎo)maxsonaceV TNpB AmaxonT通時(shí)間;Ae磁芯有效面積(mm2)。計(jì)算各副邊匝數(shù) Ns，使原副邊繞組每匝pNNs

27、k伏數(shù)相等。5)確定磁芯氣隙的大小氣隙的作用：帶氣隙的磁芯在一個(gè)更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 值下才會(huì)產(chǎn)生磁飽和，因此磁芯可經(jīng)受一個(gè)更大的直流成分；當(dāng) Ho 時(shí)，Br 更小，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 有一個(gè)更大的可用工作范圍B；有氣隙時(shí)，導(dǎo)磁能力降低，導(dǎo)致每匝的電感減小，繞組總電感值減小。但氣隙的存在減少磁芯里直流成分所產(chǎn)生的磁通；可根據(jù)氣隙大小調(diào)整來選定能量傳遞方式。氣隙大小計(jì)算：2070410pegpNAlL，Lg氣隙長(zhǎng)度(mm)Np原邊匝數(shù)；Lp原邊電感(mH)；Ae磁芯面積(mm*2).6)檢測(cè)磁芯是否飽和。計(jì)算交流磁通產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度變化幅值 Bac。使用磁感應(yīng)強(qiáng)度與直流電流相關(guān)的關(guān)系計(jì)算直流成分

28、Bdc 假設(shè)所有的磁阻都集中在氣隙 式中：sonacpVtBN Ae0max310pdcdcgN IBl410*-7(Hm); Np原邊線圈匝數(shù)；0有效的直流電流，開始導(dǎo)通時(shí)的電流幅值(A);maxdcI氣隙長(zhǎng)度（mm）; 直流作用的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。gldcB交流和直流磁感應(yīng)強(qiáng)度相加之和得到磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值max2acdcBBB 7)原、副邊繞組線圈尺寸：導(dǎo)線截面積=電流密度 J導(dǎo)線電流有效值精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)穿透深度，電流密度 J 一般取 4-6.5A/mm2，也可按計(jì)算。2frXjweJKA A導(dǎo)線直徑要少于兩倍穿透深度。8)損耗、溫升計(jì)算，窗口面積校驗(yàn)變壓器損耗

29、包括磁芯損耗 Pc和線圈損耗 Pac + Pdc。Pc按圖 1-1b 比損耗曲線由磁通擺幅頻率得到比損耗 k, Pc=kVe。acBPac=I2Rac,Pdc=I2Rdc.Rdc由所用導(dǎo)線長(zhǎng)度和電阻率得出，Rac與 Rdc的比值和穿透深度有關(guān),一般取。溫升，為熱阻系數(shù)查表可得，P 為變壓器總損耗。acdcRRthTR PthR由導(dǎo)線截面積和匝數(shù)可得導(dǎo)線實(shí)際面積，與窗口面積 Aw 比較是否滿足要求。 電感設(shè)計(jì)方法（1）用 Ap 法鐵氧體開氣隙法：用選擇磁芯；然后算出電流密度根據(jù) J 來1241010XwjLIApB K KXjJK Ap確定導(dǎo)線截面積 AX，由確定匝數(shù)；再由加修正值

30、0.4wXANA280.410egN AlcmL確定氣隙長(zhǎng)度；最后校檢。法:用 Ap 法經(jīng)驗(yàn)公式:當(dāng)飽和限制了最在磁通密度時(shí)：43max1spFLLI IApBK當(dāng)磁芯損耗嚴(yán)重，損耗限制磁通擺幅時(shí)：類型單線圈電感多線圈濾波電感BuckBoost 電感反激式變壓器K10.030.0270.0130.0085K20.0210.0190.090.006ISp最大峰值短路電流（A）； Bmax飽和限制的最大磁通密度（T）；I初級(jí)電流變化量（A）； Bmax最大磁通密度擺幅（T）；IFL滿載初級(jí)電流有效值。然后用確定匝數(shù)，氣隙以及其它同法.22max10,eeL INLH AcmBA匝（2）用磁粉芯設(shè)計(jì)

31、電感磁粉芯可以用磁環(huán)設(shè)計(jì)電感不用開氣隙，可用電感系數(shù)來確定匝數(shù)。其它部驟與鐵氧鐵類似。.2 正激式變換器變壓器設(shè)計(jì)正激式變換器變壓器設(shè)計(jì)正激式變換器變壓器磁芯工作在第類工作狀態(tài)，需要加磁復(fù)位繞組.設(shè)計(jì)方法如下：4342cmKIBILAAAPFLmaxCW精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1)根據(jù)功率選擇磁芯或根據(jù)功率選擇磁芯1.1431.11ipsPAKfB輸入功率 Pi=P/,式中:K系數(shù)取 0.15;B選定磁感應(yīng)強(qiáng)度增量。由 Ap 值查表得磁芯型號(hào).2)計(jì)算原、副繞組的匝數(shù)按最低輸入直流電壓 Vmin 的承受伏秒值計(jì)算所需的最小匝數(shù)。,其中;minspmimVTon

32、NBAe fDTonmax按輸入電壓為最小值 Vsmin 時(shí)，副邊仍有正常輸出直流電壓 Vo 來計(jì)算 k。k=(Vo+Vd)/(VsminDmax) 式中: k副邊與原邊匝比；Vd輸出回路二極管和電感壓降(V)；Vsmin輸入電源電壓最小值(v).計(jì)算副邊匝數(shù) Ns=kNp3)求原邊有效值電流 Ip=Pi/(VsminKt),Kt=0.71 為輸入最大電流與有效值電流之比.4)線徑的確定線徑=有效值電流 I/電流密度 JJ 隨鐵芯 AP 值而定，原邊繞組截面積 Sp=Ip/J,導(dǎo)線直徑XjweJKA Ar 為原邊繞組并聯(lián)根數(shù).同理可得副邊繞組截面積41pSdr5)檢查原、副邊繞組占用窗口面積，

33、一般不得超過 40%。計(jì)算銅耗 Pw,鐵耗 Pc,溫升 t..3 半橋、全橋和和推換式半橋、全橋和和推換式 DC/DCDC/DC 變換器變壓器設(shè)計(jì)變換器變壓器設(shè)計(jì) 半橋、全橋和和推換式變換器磁芯都處于第類工作狀態(tài)，有許多共同問題要考慮。以推換式變換器的設(shè)計(jì)過程加以說此類變換器的設(shè)計(jì)思路。 設(shè)計(jì)中考慮的基本問題1.此類變換器都有偏磁的可能。如果兩晶體管開、關(guān)速度不等，將導(dǎo)致變換器正負(fù)伏秒值不等，即用不平衡的波形驅(qū)動(dòng)變壓器，發(fā)生偏磁致使磁芯飽和并產(chǎn)生過大電流流過晶體管。其防制方法是串聯(lián)耦和電容改善。2.要用軟起動(dòng)防止雙倍磁通效應(yīng)。3.頻率的確定。開關(guān)頻率對(duì)電源的體積以

34、及特性影響很大,必須綜合考慮。4.最大占空比 Dmax 的確定。最大占空比 Dmax 是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要參數(shù),選為0.400.45 較為適宜。5.磁芯和最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度選擇。全橋變換器兩個(gè)半周期都用同一個(gè)原邊繞組,磁芯和繞組使用率都很高,為了減小磁化電流，最好原邊繞組匝數(shù)多些，電感量大些。因此，選高導(dǎo)磁合金材料的磁芯比較合適。選擇最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度。只有變壓器線圈損耗與磁芯損耗接近時(shí)，變壓器才能獲得最佳效率和最小體積。推挽式變換器變壓器設(shè)計(jì)方法精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)變壓器設(shè)計(jì)方法（根據(jù)溫升限定和最佳效率來設(shè)計(jì)）1根據(jù)輸出功率選擇合適的鐵芯型號(hào)。鐵芯的有效功率額定值由

35、允許溫升、占空比、繞組設(shè)計(jì)、導(dǎo)線類型、絕緣要求及線圈組成空因素確定的。可見，同一型號(hào)的鐵芯由于各因素影響不同，容許功率范圍可能不同。2.了解鐵芯特性，確定熱阻值 Rth。已知溫升，熱阻值，求出變壓器的總損耗值.變壓器總損耗PfePcuRthTP式中：T相對(duì)于環(huán)境的溫升（）Rth熱阻（/W）3計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度：根據(jù)磁芯選擇圖由功率 P、工作頻率和溫度就可以選定鐵芯并知道磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值4計(jì)算副邊繞組匝數(shù)(1)首先要確定副邊電壓 Vs。Vs 由三部分之和組成:對(duì)于大電流低電壓輸出的變換器，考慮副邊電壓降低時(shí)仍有正常 Vo 輸出，因此輸出電壓應(yīng)定為 1.1Vo.輸出電壓vo 是經(jīng)整流二極管、導(dǎo)線、變壓器

36、副邊繞組得到的，這三種電壓降設(shè)為 VL。由于變壓器和副邊漏電感原因，有效導(dǎo)通時(shí)間不可能滿 50周期，即在每半周，副邊電流從建立到滿值都要經(jīng)過延時(shí)，這就相當(dāng)于占空比小于 50設(shè)為 46，兩管為 92，相當(dāng)于副邊電壓需再提高， （為兩管導(dǎo)通占空比之和） 。 因此副邊繞組電壓ntoftofntonto 按式計(jì)算。每伏最佳匝數(shù)sV 08. 1)1 . 1 ()1 . 1 (VLVontoftofntoVLVosV式中：ton導(dǎo)通時(shí)間，按占空比 05 計(jì)算(us)；B磁感應(yīng)強(qiáng)度AeBtonVN增量；Ae磁芯有效面積(Mn2).(2)則副邊繞組匝數(shù)為；原邊繞組匝數(shù).sVVNNs(min)VsVNNp24

37、磁性元件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì).1 減少漏感的方法減少漏感的方法變壓器漏感不僅與初級(jí)和次級(jí)線圈相對(duì)位置有關(guān)，而且與線圈間磁場(chǎng)強(qiáng)度初級(jí)匝數(shù)，氣隙分部.（1）從磁芯結(jié)構(gòu)上減少漏感E型磁芯變壓器漏感與初級(jí)匝數(shù)N 的平方成正比，與窗口的寬度l 成反比。因此減少匝數(shù)，選取大的窗口寬度可減少漏感。因環(huán)形變壓器的窗口寬度比E 型寬得多，相同的匝數(shù)，環(huán)形變壓器漏感要比E型磁芯小得多（2）從線圈的位置和結(jié)構(gòu)上減小漏感如反激變壓器采用高磁導(dǎo)率氣隙磁芯，由于高磁阻的氣隙存在，有一部分磁通只經(jīng)過部分磁芯磁路的散磁。當(dāng)激勵(lì)線圈的分布和在磁芯長(zhǎng)度上的相對(duì)氣隙位置不同，整個(gè)磁場(chǎng)分布是不同的。從漏磁的觀點(diǎn)，首先應(yīng)當(dāng)將

38、初級(jí)和次級(jí)線圈和E 型磁芯一樣分布地精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)繞在一起，采用交錯(cuò)繞。這樣可以減小初次級(jí)間的磁場(chǎng)強(qiáng)度從而減小漏感，同時(shí)線圈之間的間隔越小，漏感也越小，但會(huì)增加線圈間電容。.2 減少集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)影響減少集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)影響因集膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效截面積減少，交流電阻Rac 增加，當(dāng)導(dǎo)線直徑大于兩倍穿透深度2時(shí)，交流電阻與直流電阻之比可表示為: ； 2222122dcacdRRdd2fr因鄰近效應(yīng)初級(jí)第n 層內(nèi)表面最大電流是低頻電流的n倍，其外表面反向電流是低頻電流的n-1 倍。如果電阻相同，n 層的損耗是它的第一層損耗(n-1)2n2)倍。所示

39、鄰近效比集膚效應(yīng)引起更嚴(yán)重的交流損耗?？捎媒诲e(cuò)繞來降低。 圖2.7 交錯(cuò)繞與多層線圈鄰近效應(yīng)因鄰近效應(yīng)即使導(dǎo)體不是線圈的一部分或不處在工作位于初次級(jí)之間高磁場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)時(shí)也會(huì)引起損耗。稱為無源損耗。可通過將線圈放置到高交流磁場(chǎng)區(qū)外;交錯(cuò)和采用寬窗口的磁芯，減少磁場(chǎng)強(qiáng)度；采用更薄導(dǎo)體避免。因此推換式變換器繞組的安放應(yīng)為下圖a:圖 2.8 推換變換器繞組布置方式3 磁集成技術(shù)人們常用提高頻率的方法來減小磁件的體積、重量、改善濾波性能；但是頻率的提高會(huì)受到整機(jī)效率的限制，為了減小磁芯損耗，高頻時(shí)要降低磁通擺幅，磁芯利用率不高限制了磁性元件體積的減小。為了進(jìn)一步減小磁件的體積和損耗，同時(shí)保證整機(jī)的性能，從

40、而提出了磁集成技術(shù)。磁集成技術(shù)（integrated magnetics IM）是將變換器中的多個(gè)分立的磁件從結(jié)構(gòu)上集精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)中在一起，繞制在一副磁芯上。采用磁集成技術(shù)能夠減小磁件的體積、重量，甚至還能減小電流紋波、降低磁件損耗、改善電源動(dòng)態(tài)性能，對(duì)提高電源功率密度有重要意義。磁集成技術(shù)所研究?jī)?nèi)容主要分為磁件的分析方法和具體應(yīng)用。3.1 集成磁件的分析方法.1 磁路磁路- -電路對(duì)偶變換法電路對(duì)偶變換法磁路-電路對(duì)偶變換法是通過對(duì)偶變換由磁路模型導(dǎo)出電路模型。建立磁件等效電路模型過程如下：根據(jù)磁路歐姆定律得到磁件的等效磁路 用對(duì)偶原理;NI 磁

41、勢(shì)對(duì)磁通磁阻對(duì)磁導(dǎo)；串對(duì)并得到等效磁路對(duì)偶圖 進(jìn)行尺度變換得到電流/磁鏈關(guān)系圖 由電磁感應(yīng)定律 和變壓器阻抗變換原理得到等效電路 如下圖 a 到 e 所示：3.1 磁路電路對(duì)偶變換法.2 磁導(dǎo)磁導(dǎo)- -電容類比建模法電容類比建模法磁導(dǎo)-電容類比建模法是根據(jù)磁路參數(shù)與電路參數(shù)類比關(guān)系建模。先用回轉(zhuǎn)器代替繞組如從下圖 a 到 b,再用電流控制電壓源代替回轉(zhuǎn)器和類比關(guān)系如從圖 b 到 c 可以得到電路仿真模型。圖 3.3 類比建模表 3.2 類比關(guān)系精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 磁路參數(shù) 電路參數(shù)名稱符號(hào)名稱符號(hào)磁勢(shì)F=NI電壓V磁通變化率電流I磁導(dǎo)電容C磁通電荷Q類比

42、量磁導(dǎo)率電導(dǎo)率磁路-電路對(duì)偶變換法得到的等效電路可分析磁路和電路特性適合于理論分析；磁導(dǎo)-電容類比建模法簡(jiǎn)潔并能完整的反映磁件的電路磁路特性，適合于精確仿真研究。.3 源轉(zhuǎn)移等效變換法。源轉(zhuǎn)移等效變換法。源轉(zhuǎn)移等效變換法是在保證磁路等效條件下，將繞組拆分串聯(lián)移到其它磁柱并且各繞組匝數(shù)和磁通方向不變，得到與原磁件等效的磁件。變換過程如下圖：圖 3.4 源轉(zhuǎn)移等效變換3.2 集成磁件具體應(yīng)用磁件的集成磁件的集成可分為不改變磁芯結(jié)構(gòu)的常規(guī)磁集成和改變磁結(jié)構(gòu)的磁集成，磁件集成的具體應(yīng)用主要有電感與電感集成和變壓器和電感集成以及解耦集成。1 集成磁件 IM 變換器的推導(dǎo)過程和變換。為了說

43、明 IM 推導(dǎo)過程選介紹解耦集成，再說明推導(dǎo)過程。（1）解耦集成解耦集成有兩種方法，一種是通過提供公共低磁阻磁路解耦，另一種是通過完全抵消繞組間的耦合作用解耦. 提供公共低磁阻磁路解耦如圖 a 電感線圈 N1、N2 通過公共磁路形成回路，相互之間基本無耦合。以此類推 n 個(gè)磁件至少需要有 n+1 個(gè)磁柱來實(shí)現(xiàn)多個(gè)磁件的集成。這種方法不影響電路性能，但不同的集成方式會(huì)影響公共磁路磁通。 通過完全抵消繞組間的耦合作用解耦如圖 b 電感 1 繞在磁芯中柱，電感 2 由兩個(gè)繞組串聯(lián)戲在磁芯兩側(cè).電感 N1 與 N21產(chǎn)生的磁通方向相反與 N22 相同，電感 2 中柱的磁通只要能完全抵消就能實(shí)現(xiàn)完全解耦

44、。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3.5 解耦集成（2）IM 變換器的推導(dǎo)過程以下圖倍流整流（CDR）電路推導(dǎo)變換過程為例說明，將 CDR 主電路拓樸加入磁件得圖 a 分立磁件 DM 電路，再經(jīng)解耦集成（通過公共磁路解耦）得圖 b,經(jīng)磁路分析當(dāng) Ns=NL公共磁路只有直流磁通沒有變化的磁通可以刪除中柱化簡(jiǎn)為圖 c.從而得到了集成磁件的變換器.圖 3.6 IM-CDR 推導(dǎo)（3）IM 的變換IM 大體有三種變換方法：用源轉(zhuǎn)移等效變換法拆分繞組；根據(jù)具體電路進(jìn)行繞組合并；改變繞組的聯(lián)結(jié)方式從而改變同名端和耦合方式。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3.7 IM 變換3.3

45、 磁集成方式從 IM 中磁通作用關(guān)系出發(fā)，主要有四種磁件集成方式：(1)直流磁通與交流磁通疊加主要用于高頻場(chǎng)合的電感與變壓器的集成。通過磁件集成，將電感繞組產(chǎn)生的直流磁通耦合到變壓器的繞組中，提高磁心利用率，能有效地減小磁件體積。(2)交流磁通在公共磁柱的交錯(cuò)并聯(lián)或互相抵消用于繞組有相位差的電感與電感的集成、交變磁通相對(duì)方向固定的電感與變壓器的集成。可降低磁心公共磁柱的交變磁密，相應(yīng)能減小鐵心損耗。 (3)直流磁通與直流磁通互相削減這種集成方式有利于磁件體積的減小?？捎糜谝话愕碾姼信c電感的集成等。 (4)繞組產(chǎn)生的交流磁通正向耦合用于繞組電壓相對(duì)方向固定的磁件集成。以減小電流脈動(dòng)。交流磁通正向

46、耦合表明繞組匝鏈的交變磁通由多個(gè)繞組紋波電流共同產(chǎn)生、正向疊加。由于每個(gè)繞組匝鏈的交變磁通在集成前后不變，所以這種集成方式可減小單個(gè)繞組產(chǎn)生的交變磁通，即減小繞組電流脈動(dòng)。4 ZVS-ZCS 三電平 DC/DC 變換器磁性元件設(shè)計(jì)TL-HB 是在半橋變換器的基礎(chǔ)上提出的。為了減小開關(guān)管上的電壓應(yīng)力，用兩只開關(guān)管代替一只開關(guān)管;為了讓兩只開關(guān)管承受的電壓相等加入了兩只箝位二極管;為了實(shí)現(xiàn)ZVS，加入了飛跨電容讓超前橋臂與滯后橋臂開關(guān)過程解耦。得到了如下圖所示的 ZVS 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)TL DC/DC 變換器。DR1DR2CfLfC1C2C3C4Q1Q2Q3Q4D1D2

47、D3D5D6CJ1CJ2AB圖 4-1 ZVS TL DC/DC 變換器。但仍存在問題：里面兩只開關(guān)管難以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)；為了在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)串入諧振電感造成占空比丟失；整流二極管反向恢復(fù)存在電壓尖峰；四只開關(guān)管寄生電容均參與諧振難以優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。由于里面兩只開關(guān)管難以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)所以又有人提出了加有源箝位電路的 ZVS-ZCS TL 變換器，但有源箝位電路的控制和隔離驅(qū)動(dòng)較為復(fù)雜。之后又有人提出了加串聯(lián)二極管和阻斷電容的 ZVSZCS 電路。DR1DR2CfLfC1C2C3C4Q1Q2Q3Q4D2D3D4D5D6CJ1CJ2ABDR1DR2CfLfC1C4Q1Q2Q3Q4D1D2D3D4D

48、5D6CJ1CJ2AB圖 4-2 帶源箝位電路的 ZVS-ZCS TL 和帶串聯(lián)二極管 ZVSZCS 電路本文提出了一種新的 ZVS-ZCS 三電平 DC/DC 變換器：該變換器超前臂實(shí)現(xiàn) ZVS，用簡(jiǎn)單的無源網(wǎng)絡(luò)使滯后臂實(shí)現(xiàn) ZCS 從而有效地克服了環(huán)流的影響；變壓器副邊采用倍流整流電路，消除了二極管反向恢引起的電壓振蕩和電壓尖峰,省略了變壓器中心抽頭并減小了流過輸出濾波電感的電流。理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的正確性。4.1 ZVS-ZCS TL 工作原理和磁件參數(shù)計(jì)算圖 4-3 ZVS-ZCS 三電平直流變換器主電路及主要波形精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè).1 Z

49、VS-ZCSZVS-ZCS 工作原理工作原理S1、S4為超前橋臂，S2、S3為滯后橋臂。超前橋臂實(shí)現(xiàn) ZVS 過程如下：當(dāng)變換器處于穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，C3上電壓恒為 Vin/2；S1、S3導(dǎo)通時(shí)原方電流 ip流過S1、S3，VAB=Vin/2，先關(guān)斷 S1,ip給 C4充電同時(shí) C3給 C5放電如下圖 a，由于有 C4所以S1是零電壓關(guān)斷；是 Lr1和漏波電感串聯(lián)，ip基本不變當(dāng) C4充電到 Vin/2 時(shí) C5放電到0，可以零電壓開通 S4。此時(shí) D1自然導(dǎo)通。圖 4-4（a）S1 ZVS 關(guān)斷時(shí)刻（b）副方無源網(wǎng)絡(luò)阻斷原方電流 C6放電完畢,可 ZCS 關(guān)斷 S2開通 S3時(shí)刻要使滯后橋臂實(shí)現(xiàn)

50、ZVS，只要使電流復(fù)位(即讓 ip減小到 0)，由于副方由電容和二極管組成的無源輔助網(wǎng)絡(luò)可以使 ip降到零?？梢粤汶娏麝P(guān)斷 S2,又因?yàn)橛?Lr1可以零電流開通 S3。.2 參數(shù)確定參數(shù)確定（1）輸出濾波電感確定在倍流整流電路中：。000012,1(12)(1)lfflffDiK iKDV TiDVLiD TL 其中又，根據(jù)紋波電壓紋波電流的要求可得 Lf1=Lf2=40uH.0028121(1)218fDVDVDf C L（2）諧振電感確定滯后臂開關(guān)管開通時(shí)： ；因此在選定了開關(guān)管，tLEtIrp)/ )2/()(1nItIp2/)(01已知其開通時(shí)間的前提下，可以得出所需諧

51、振電感的感量,計(jì)算得 10uH。4.2 磁性元件設(shè)計(jì).1 變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)1 參數(shù)確定輸入電壓 Ui:600V700V ；輸出：48V/25A ；開關(guān)頻率:=50KHz最大溫升：50 ；冷卻方式：自然冷卻。2 磁性材料和結(jié)構(gòu)確定因?yàn)榇俗儞Q器工作在第三類工作狀態(tài)、高頻大功率。磁芯材料的飽和磁感應(yīng)越高，Bm 取值越高，磁芯的體積較?。还ぷ饔诟哳l時(shí)，除了磁滯損耗，磁芯渦流損耗隨頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而指數(shù)增加，限制了Bm的取值，Bm 值一般遠(yuǎn)小于BS。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)所以磁芯材料應(yīng)具有高電阻率，低的HC，以及高的飽和磁感應(yīng)BS；為了減少磁芯存儲(chǔ)能量，磁芯應(yīng)

52、當(dāng)具有盡可能高。選擇MnZn鐵氧體材料，用Philips鐵氧體3C90。EE型磁芯具有較大矩形截面積，寬窗口，形狀簡(jiǎn)單，制造容易，擴(kuò)展功率容易，可作為大功率變壓器磁芯。所以選EE型磁芯。3 用 Ap 法或磁芯選擇圖選擇磁芯型號(hào)根據(jù)主電路可得：=2504W；141104XPtApKofKjBwPoPtPo查表得：Ko=0.4,Kj=534;X=-0.12;Bw由下圖3c90磁性材料損耗曲線可得：50Hz時(shí)100mw對(duì)應(yīng)Bw=0.11T 。代入計(jì)算可得Ap=6.74。加一定裕選擇EE65磁芯。也可根據(jù)功率和頻率按下圖b選擇。EE65磁芯4cm的Ae=532,Aw=5512mm2mm 圖4-5比損耗

53、與頻率和峰值磁感應(yīng)關(guān)系T=100和磁芯選擇圖4 確定匝比及原副邊匝數(shù)由半橋TL輸入輸出關(guān)系得：式中：2UsNsTonUpNpT12minmaxUiKDUoUkDmax=0.82,Uimin=300V,Uk為二極管和電感壓降取1.7V. 得K=4.94.原邊匝數(shù)按輸入最小電壓最大占空比時(shí)仍能保證48v輸出選取minmax300 8.2210.22532VsTonNpBAe 匝式中B=2B=0.22T,Ton=1/2DmaxT=8.2us副邊匝數(shù)Ns=21/K=4.24取5匝。副邊每匝伏數(shù)為：49.7/5=9.94.調(diào)整原邊匝數(shù)為23匝。50Hz時(shí)100時(shí)銅線的穿透深度為0.34mm,原方電流密度

54、J為4.5A/mm2時(shí)，可選擇導(dǎo)線AWG15，直徑為1.56mm.電阻為0.014/m.副方選AWG11，直徑為2 .44mm,電阻為0.0055/m。所以可得線圈損耗為1.8w。5、損耗及溫升校驗(yàn)EE65磁芯Ve=78.2cm3,比損耗為80mW/cm3,得磁芯損耗為6.3w, ，熱阻系數(shù)thTR P精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)為6，溫升小于50滿足要求。thR6為減小漏感變壓器繞駔結(jié)構(gòu)采用交錯(cuò)安放，原方N1/2再副方N2再N1/.2 倍流整流濾波電感設(shè)計(jì)倍流整流濾波電感設(shè)計(jì)電感磁芯工作在一類工作狀態(tài)，直偏磁大、交流分量小、工作在第一向限的局部磁化曲線上。所以

55、要求磁性材料具有高的Bs,較低的磁導(dǎo)率u.。然而，高磁通、鐵硅鋁、鐵鎳鉬磁粉芯具有比鐵氧體使用溫度范圍寬、Bs高、u低、電磁兼容特性好。因此選擇磁粉芯，用鐵硅鋁。1.電感量Lf=40uH,工作頻率50KHz，滿載電流12.5A,if最在紋波電流20%,最大溫升40。2.根椐Ap法選擇磁芯也可由經(jīng)驗(yàn)公式按112462411 0.1441040 1015100.770.60.4569XLIApcmBwKoKj1kW：0 W/得：Ve=600/80=7.5 w/選 A60-369 磁芯3cm3cmAe=1.074,Ve=10.5,Le=9.84cm,Ap=4.84.2cm3cm3.確定線圈匝數(shù)環(huán)形磁

56、芯，也可根據(jù)廠家數(shù)據(jù)此磁芯電122602260oeeeoeALlLNNlA匝感系數(shù)為 81nH/得。但會(huì)隨直流磁化強(qiáng)度變化，N=22 匝2N13240 102281N匝o時(shí)直流磁化強(qiáng)度為 45Oe, 和 L 都下降 80%左右。所以 N 按 40/0.75=53uH 算，得 N=30o匝。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖 4-6 鐵硅鋁磁粉芯材料各項(xiàng)特性曲線4.導(dǎo)線選擇電流密度按 5.5A/選取,所以 A=12.5/5.5=2.727,選 0.28 線 44 根并繞.導(dǎo)線面2m m2m m積占窗口面積比例為左右，符合要求。3022. 72726125.校驗(yàn)是否飽和Bmax=Bac

57、+Bdc=50Oe 低于飽和值.4 42 23 3 諧振電感設(shè)計(jì)諧振電感設(shè)計(jì)因?yàn)槭阶髟陔p向磁化關(guān)態(tài)，磁芯損耗是主要考慮因素，而磁粉芯由于磁芯損耗較大限制了磁通擺幅，所以采用鐵氧體開氣隙制作。1 參數(shù)確定電感量 Lr=10uH,工作頻率 f=50kHz,滿載電流 5A，最在溫升 40。2 磁芯選擇用 Ap 法經(jīng)驗(yàn)公式:4342cmKIBILAAAPFLmaxCW精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 4-7 鐵氧體材料特性根據(jù)比損耗曲線取 0.15T;單線圈電感 K2=0.021;計(jì)算得 Ap=0.4.maxB4cm所以選擇 ETD34 磁芯，Ae=0.97,Aw=1.22,Ap=1.18

58、，Ve=7.462cm2cm2cm3cm3.計(jì)算匝數(shù) N 并選擇導(dǎo)線將 Ae、L 等代入上式可得 N=6.87 取 7 匝。取電流密度為 4A/mm2,諧振電感最大有效值電流大約為 5A，采用251.114.5Smm0.2 的導(dǎo)線 30 根并繞。4.計(jì)算氣隙長(zhǎng)度 lg 由公式確定，計(jì)算得 lg=0.597mm.280.410egN AlcmL5 校驗(yàn)由比損耗為 100mw/cm3, Ve=7.46得磁芯損耗為 0.75w,線圈損耗為 0.375w，窗口校核3cm滿足要求。4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為驗(yàn)證此方案的可行性，實(shí)驗(yàn)研制成功了一臺(tái)充電電源樣機(jī)。A25/V48功率：1kW輸入電壓：EVDC600VD

59、C700輸出電壓：OVVDC48開關(guān)頻率：50kHz：1S4S1AU60N10IXGH：1D2DA0630DSEI：3D4DA0660DSEI：5D8D1520U：1rLH10：)L(L2f1fA15/H40：)C(C76F33. 0)C(C54kV2/nF1表 4-8 實(shí)驗(yàn)參數(shù)22maxmax10 ,L INLuH AecmBAe精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖GEV(a)ABV波形D/V200D/ s4(b)變壓器副邊波形D/V100D/ s4(c) 86CC波形D/V100D/ s4（ ） d 超前臂波形CEV:D/V100GEV:D/V5D/s2(e) t (IP原邊電流波形D/A1D/ s4(f)副邊