1、高頻變壓器計(jì)算(CCM模式) 反激式DC/DC變換電路 電路基本參數(shù): Vo1=15V   Io1=0.4A Vo2=-10V   Io2=0.4A Vs=15V(范圍10V20V) Po=10W 設(shè)定參數(shù): 1.電路工作頻率(根據(jù)UC3843的特性,初步確定為50KHz),電路效率為G=75% 2.反激式變換器的工作模式CCM 3.占空比確定(Dmax=0.4) 4.磁芯選型(EE型) 設(shè)計(jì)步驟 (1)選擇磁芯大小 Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),選擇EE19磁芯 (2)計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間 Dmax=0.4,工作頻率fs=50KHz t

2、on=8us (3)選擇工作時(shí)的磁通密度 根據(jù)所選擇的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T (4)計(jì)算原邊匝數(shù) Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16 (5)計(jì)算副邊繞組 以輸出電壓為15V為例進(jìn)行計(jì)算,設(shè)整流二極管及繞組的壓降為1V 15+1=16V 原邊繞組每匝伏數(shù)=Vs/Np=10/16=0.625V/匝 副邊繞組匝數(shù)Ns1=16/0.625=25.6,取整26 (6)計(jì)算選定匝數(shù)下的占空比;輔助輸出繞組匝數(shù) 新的每匝的反激電壓為:16/26=0.615V ton=(Ts*0.615)/(0.625

3、+0.615)=9.92us 占空比D=9.92/20=0.496 對(duì)于10V直流輸出,考慮繞組及二極管壓降1V后為11V Ns2=11/0.615=17.88,取整17 (7)初級(jí)電感,氣隙的計(jì)算 在周期Ts內(nèi)的平均輸入電流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A 導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的平均值為Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 開關(guān)管導(dǎo)通前的電流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A 開關(guān)管關(guān)閉前的電流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A 初級(jí)電感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH 氣隙長(zhǎng)

4、度Lg=(u0*Np2*Ae)/Lp=0.19mm (8)檢測(cè)磁芯磁通密度和飽和區(qū)間 計(jì)算磁心飽和邊界.計(jì)算交流磁通產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化幅值: Bac=(Vs*ton)/(Ae*Np)=(10*9.92)/(16*22)=0.282T 使用磁感應(yīng)強(qiáng)度與直流電有關(guān)的關(guān)系式計(jì)算直流成分Bdc 假設(shè)磁芯所有的磁阻都集中在氣隙中,顯然作為一個(gè)比較保守的結(jié)果,可求得一個(gè)較高的直流磁感應(yīng)強(qiáng)度.此近似值允許使用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式 Bdc=u*H=u0*Np*Ip1/(Lg*0.001)=0.142T 交流和直流磁感應(yīng)強(qiáng)度之和得到磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為 Bmax=Bac/2+Bdc=0.141+0.142=0.283

5、T<0.39T (9)選擇導(dǎo)線 初級(jí)電流有效值為: Krp=0.667 Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp2*1/3-Krp+1)= 1.96A, 選取電流密度為4A/mm2 則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)1/2=0.792mm 選擇AWG20導(dǎo)線 注:由于高頻電流在導(dǎo)體中會(huì)有趨膚效應(yīng),所以在確定線經(jīng)時(shí)還要計(jì)算不同頻率時(shí)導(dǎo)體的穿透深度.公式:d=66.1/(f)1/2.如果計(jì)算出的線徑D大于兩倍的穿透深度,就需要采用多股線或利茲線 考慮集膚效應(yīng), d=66.1/(f)1/2=66.1/500001/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.792mm 則初級(jí)導(dǎo)線

6、需要采用多股線并繞 AWG20導(dǎo)線的截面積為Sc=0.606mm2,采用AWG23導(dǎo)線雙股并繞截面積Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2 15V次級(jí)輸出電流峰值為: Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.484A 有效值為Isrms1=Isp1*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)=0.731A 則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)1/2=0.483mm 選擇AWG25導(dǎo)線 -10V次級(jí)輸出電流峰值為: Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.513A 有效值為Isrms2=Isp2*sqr(1-Dmax)*(K

7、rp2*1/3-Krp+1)=0.745 A 則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)1/2=0.487mm 選擇AWG25導(dǎo)線 磁芯及骨架分別采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR高頻變壓器計(jì)算(DCM模式) 電路基本參數(shù): Vo1=15V   Io1=0.4A Vo2=-10V   Io2=0.4A Vin=15V(范圍10V20V) Po=10W 設(shè)定參數(shù): 1.電路工作頻率(根據(jù)UC3843的特性,初步確定為50KHz),電路效率為G=75% 2.反激式變換器的工作模式DCM 3.占空比確定(Dmax=0.4) 4.磁芯選型

8、(EE型) 設(shè)計(jì)步驟: 先選定一個(gè)工作點(diǎn)(即最小輸入電壓,最大占空比的情況): (1)初級(jí)峰值電流 Ip=2 Po/(G*Vinmin*Dmax)=2*10/(0.75*10*0.4)=6.67A (2)初級(jí)電感量 Lp=Dmax* Vinmin /fs*Ip=0.012mH (3)選擇TDK的鐵氧體磁芯PC40 其溫升100攝氏度時(shí)飽和磁通密度為390mT,取工作Bmax為220mT AeAw=(Lp* Ip22 * 104/Bw*K0 *Kj)1.14 其中Bw=0.22,K0=0.4;Kj=395A/cm2 ; 計(jì)算得AeAw=0.118 選擇PC40EE19的磁芯,其AeAw=0.22

9、*0.054=0.119cm4>0.118cm4 (4)計(jì)算氣隙 Lg=0.4* Lp*Ip2/Ae*Bmax2 =0.63mm (5)變壓器初級(jí)匝數(shù) Np=(Lp*Ip)*104/(Ae*Bmax)=16.54匝,取整16匝. (6)變壓器次級(jí)匝數(shù) 設(shè)次級(jí)二極管壓降及繞線壓降為Vd=1V 15V次級(jí)繞組匝數(shù)Ns1=Np(Vo1+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=38.4, 取整38匝. -10V次級(jí)繞組匝數(shù)Ns2= Np(Vo2+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=26.4, 取整26匝. (7)導(dǎo)線線徑的選擇 斷續(xù)模式下Krp=1,選擇電流密度為4A/mm2

10、 初級(jí)有效電流Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp2*1/3-Krp+1)= Ip*sqr (Dmax/3)=2.44A 可以得原邊導(dǎo)線直徑d=1.13*sqr(Irms/J)=1.13*sqr(2.44/4)=0.882mm 選擇AWG20#線 注:由于高頻電流在導(dǎo)體中會(huì)有趨膚效應(yīng),所以在確定線經(jīng)時(shí)還要計(jì)算不同頻率時(shí)導(dǎo)體的穿透深度.公式:d=66.1/(f)1/2.如果計(jì)算出的線徑D大于兩倍的穿透深度,就需要采用多股線或利茲線 考慮集膚效應(yīng), d=66.1/(f)1/2=66.1/500001/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.882mm 則初級(jí)導(dǎo)線需要采用多股線并繞 AWG20導(dǎo)線的截面積為Sc=0.606mm2,采用AWG23導(dǎo)線雙股并繞截面積Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2 15V次級(jí)峰值電流 Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.685A 有效值為Isrms1=Isp1*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)= Isp1*sqr (1-Dmax)/3)=0.753A 則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(Isrms1/J)1/2=0.490mm 選擇AWG25導(dǎo)線 -10V次級(jí)峰值電流 Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po