正激式開關(guān)電源高頻變壓器.doc

No 待求參數(shù)項(xiàng) 詳細(xì)公式 1 副邊電壓Vs Vs = Vp*Ns/Np 2 最大占空比onmax onmax = Vo/(Vs-0.5) 1、onmax的概念是指：根據(jù)磁通復(fù)位原則，其在閉環(huán)控制下所能達(dá)到的最大占空比。2、0.5是考慮輸出整流二極管壓降的調(diào)整值，以下同。 3 臨界輸出電感Lso Lso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*onmax2/(2*f*Po) 1、由能量守恒：(1/T)*0tonVs*(Vs-Vo)*t/Lsodt = Po2、Ton=on/f 4 實(shí)際工作占空比on 如果輸出電感LsLso：on=onmax否則： on=2*f*Ls*Po /(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo) 1、由能量守恒：(1/T)*0tonVs*(Vs-Vo)*t/Lsdt = Po2、Ton=on/f 5 導(dǎo)通時(shí)間Ton Ton =on /f 6 最小副邊電流Ismin Ismin = Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*on2/(2*f*Ls)/(Vs-0.5)*on 1、由能量守恒：(1/T)*0tonVs*(Vs-Vo)*t/Ls+Ismindt = Po 2、Ton=on/f 7 副邊電流增量Is Is = (Vs-0.5-Vo)* Ton/ Ls 8 副邊電流峰值Ismax Ismax = Ismin+Is 9 副邊有效電流Is Is = (Ismin2+ Ismin*Is+Is2/3)*on 1、Is=(1/T)*0ton(Ismin+Is*t/Ton)2dt2、on= Ton/T 10 副邊電流直流分量Isdc Isdc = (Ismin+Is/2) *on 11 副邊電流交流分量Isac Isac = (Is2- Isdc2) 12 副邊繞組需用線徑Ds Ds = 0.5*Is 電流密度取5A/mm2 13 原邊勵(lì)磁電流Ic Ic = Vp*Ton / Lp 14 最小原邊電流Ipmin Ipmin = Ismin*Ns/Np 15 原邊電流增量Ip Ip = (Is* Ns/Np+Ic)/ 16 原邊電流峰值Ipmax Ipmax = Ipmin+Ip 17 原邊有效電流Ip Ip = (Ipmin2+ Ipmin*Ip+Ip2/3)*on 1、Ip=(1/T)*0ton(Ipmin+Ip*t/Ton)2dt2、on= Ton/T 18 原邊電流直流分量Ipdc Ipdc = (Ipmin+Ip/2) *on 19 原邊電流交流分量Ipac Ipac = (Ip2- Ipdc2) 20 原邊繞組需用線徑Dp Dp = 0.55*Ip 電流密度取4.2A/mm2 21 最大勵(lì)磁釋放圈數(shù)Np Np=*Np*(1-on) /on 22 磁感應(yīng)強(qiáng)度增量B B = Vp*on / (Np*f*Sc) 23 剩磁Br Br = 0.1T 24 最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm Bm = B+Br 25 標(biāo)稱磁芯材質(zhì)損耗PFe (100KHz 100 KW/m3) 磁芯材質(zhì)PC30：PFe = 600磁芯材質(zhì)PC40：PFe = 450 26 選用磁芯的損耗系數(shù) = 1.08* PFe / (0.22.4*1001.2) 1.08為調(diào)節(jié)系數(shù) 27 磁芯損耗Pc Pc = *Vc*(B/2)2.4*f1.2 28 氣隙導(dǎo)磁截面積Sg 方形中心柱：Sg= (a+/2)*( b+/2)/(a*b)*Sc圓形中心柱：Sg= *(d/2+/2)2/*(d/2)2 *Sc 29 有效磁芯氣隙 =o*(Np2*Sc/Lp-Sc/AL) 1、根據(jù)磁路歐姆定律：H*l = I*Np 有空氣隙時(shí)：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np又有：H = B/ Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：B*lc/c +B*/o = Vp*Ton*Np /Lp 式中：lc為磁路長(zhǎng)度，為空氣隙長(zhǎng)度，Np為初級(jí)圈數(shù)，Lp為初級(jí)電感量，B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度增量；o為空氣中的磁導(dǎo)率，其值為410-7H/m；2、B=Vp*Ton/Np*Sc3、c為磁芯的磁導(dǎo)率，c=e*o 4、e為閉合磁路（無(wú)氣隙）的有效磁導(dǎo)率，e的推導(dǎo)過(guò)程如下：由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/c=Bc/e*o Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(e*o)=Np*Vp*Ton/Lpo又根據(jù)：Bc=Vp*Ton/Np*Sc 代入上式化簡(jiǎn) 得：e = Lpo*lc/o*Np2*Sc 5、Lpo為對(duì)應(yīng)Np下閉合磁芯的電感量，其值為：Lpo = AL*Np26、將式步驟5代入4，4代入3，3、2 代入1得：Lp =Np2*Sc/(Sc/AL +/o) 30 實(shí)際磁芯氣隙 如果/lc0.005： =如果/lc0.03： =o*Np2*Sc/Lp否則 =*Sg/Sc 31 穿透直徑D D = 132.2/f 32 開關(guān)管反壓Uceo Uceo = 2 *Vinmax+2 *Vinmax*Np/ Np 33 輸出整流管反壓Ud Ud = Vo+2 *Vinmax*Ns/Np 34 副邊續(xù)流二極管反壓Ud Ud=2 *Vinmax*Ns/Np 二、雙端開關(guān)電源高頻變壓器：No 待求參數(shù)項(xiàng) 詳細(xì)公式 1 副邊電壓Vs 如果為半橋：Vs = Vp*Ns/(2*Np)否則： Vs = Vp*Ns/Np 2 最大占空比onmax onmax = Vo/(Vs-0.5) 1、onmax的概念是指：根據(jù)磁通復(fù)位原則，其在閉環(huán)控制下所能達(dá)到的最大占空比。2、0.5是考慮輸出整流二極管壓降的調(diào)整值，以下同。 3 臨界輸出電感Lso Lso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*onmax2/(4*f*Po) 1、由能量守恒：(1/T)*01/2tonVs*(Vs-Vo)*t/Lsodt = 1/2Po2、Ton=on/f 4 實(shí)際工作占空比on 如果輸出電感 LsLso：on=onmax否則 on=4*f*Ls*Po / (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo) 1、由能量守恒：(1/T)*01/2tonVs*(Vs-Vo)*t/Lsdt = 1/2Po2、Ton=on/f 5 導(dǎo)通時(shí)間Ton Ton =on /f 6 最小副邊電流Ismin Ismin =Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*on/(4*f*Ls)/(Vs-0.5)*on 1、由能量守恒：(1/T)*01/2tonVs*(Vs-Vo)*t/Ls+Ismindt = 1/2Po2、Ton=on/f 7 副邊電流增量Is Is = (Vs-0.5-Vo)* Ton/(2*Ls) 8 副邊電流峰值Ismax Ismax = Ismin+Is 9 副邊有效電流Is Is = 1+(Vs-Vo-0.5)/(Vo+0.5)*(Ismin2+ Ismin*Is+Is2/3)*on 1、Is=(2/T)*01/2ton(Ismin+Is*t/(Ton/2)2dt +01/2Toff(Ismin+Is*t/(Toff/2)2dt2、當(dāng)工作在斷流模式時(shí)，上式中的Toff不能采用T-Ton計(jì)算，因磁能會(huì)在未達(dá)到Toff終了前釋放完畢，造成計(jì)算錯(cuò)誤，這里的Toff應(yīng)由磁通復(fù)位原則求得： Toff=(Vs-Vo-0.5)*Ton/(Vo+0.5)3、on= Ton/T 10 副邊電流直流分量Isdc Isdc =1+(Vs-Vo-0.5)/(Vo+0.5)*(Ismin+Is/2)*on 1、Isdc = (Ismin+Is/2)*Ton/T +(Ismin+Is/2)*Toff/T2、如前述：Toff=(Vs-Vo-0.5)*Ton/(Vo+0.5)3、上述計(jì)算假設(shè)初級(jí)電感量足夠大，從而忽略其對(duì)負(fù)載的影響。 11 副邊電流交流分量Isac Isac = (Is2- Isdc2) 12 副邊繞組需用線徑Ds Ds = 0.5*Is 電流密度取5A/mm2 13 原邊勵(lì)磁電流Ic 如果on 0.5： Ic = Vp*Ton/(2*Lp)否則 Ic = Vp/(4*Lp*f) 1、對(duì)于雙端電路，當(dāng)on 0.5，即每個(gè)管導(dǎo)通占空比小于0.25時(shí)，磁通會(huì)每次在截止時(shí)間Toff內(nèi)回到0，所以，勵(lì)磁電流增量Ic = (Vp/Lp)*(Ton/2)2、on 0.5時(shí)，ToffTon，磁通在截止時(shí)間Toff內(nèi)不能回到0，故每次Ton初始時(shí)勵(lì)磁電流Ic0，然后上升至最大值，假設(shè)Toff時(shí)間內(nèi)磁通的回降曲線與Ton時(shí)間內(nèi)磁通的上升曲線一致，則： Ic =(Vp/Lp)*(T/4) = Vp/(4*Lp*f) 14 最小原邊電流Ipmin Ipmin = Ismin*Ns/Np 15 原邊電流增量Ip Ip = (Is* Ns/Np+Ic)/ 16 原邊電流峰值Ipmax Ipmax = Ipmin+Ip 17 原邊有效電流Ip Ip = (Ipmin2+ Ipmin*Ip+Ip2/3)*on 1、忽略初級(jí)電感量的影響（磁能很小或不在Toff時(shí)間內(nèi)經(jīng)初級(jí)回授），留過(guò)初級(jí)的電流為三角波或梯形波（Ipmin大于0時(shí)），故：Ip=(2/T)*01/2tonIpmin+Ip*t/(Ton/2)2dt2、on= Ton/T 18 原邊電流直流分量Ipdc Ipdc = (Ipmin+Ip/2)*on 19 原邊電流交流分量Ipac Ipac = (Ip2- Ipdc2) 20 原邊繞組需用線徑Dp Dp = 0.55*Ip 電流密度取4.2A/mm2 21 磁感應(yīng)強(qiáng)度增量B 如果on 0.5: B = Vp*on/(2*Np*f*Sc)否則 B = Vp/(4*Np*f*Sc) 1、對(duì)于雙端電路，當(dāng)on 0.5，即每個(gè)管導(dǎo)通占空比小于0.25時(shí)，磁通會(huì)每次在截止時(shí)間Toff內(nèi)回到0，所以，B = Vp/(Np*Sc)*(Ton/2)= Vp*on/(2*Np*f*Sc)2、on 0.5時(shí)，ToffTon，磁通在截止時(shí)間Toff內(nèi)不能回到0，故每次Ton初始時(shí)勵(lì)磁電流Ic0，然后上升至最大值，假設(shè)Toff時(shí)間內(nèi)磁通的回降曲線與Ton時(shí)間內(nèi)磁通的上升曲線一致，則：B = Vp/(Np*Sc)*(T/4)= Vp/(4*Np*f*Sc) 22 最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm Bm = B 23 標(biāo)稱磁芯材質(zhì)損耗PFe (100KHz 100 KW/m3) 磁芯材質(zhì)PC30，PFe = 600磁芯材質(zhì)PC40，PFe = 450 24 選用磁芯的損耗系數(shù) = 1.08* PFe / (0.22.4*1001.2) 1.08為調(diào)節(jié)系數(shù) 25 磁芯損耗Pc Pc = *Vc*B2.4*f1.2 26 氣隙導(dǎo)磁截面積Sg 方形中心柱 Sg= (a+/2)*(b+/2)/(a*b)*Sc圓形中心柱 Sg= *(d/2+/2)2/*(d/2)2 *Sc 27 有效磁芯氣隙 =o*(Np2*Sc/Lp-Sc/AL) 1、根據(jù)磁路歐姆定律：H*l = I*Np 有空氣隙時(shí)：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np又有：H = B/ Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：B*lc/c +B*/o = Vp*Ton*Np /Lp 式中：lc為磁路長(zhǎng)度，為空氣隙長(zhǎng)度，Np為初級(jí)圈數(shù)，Lp為初級(jí)電感量，B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度增量；o為空氣中的磁導(dǎo)率，其值為410-7H/m；2、B=Vp*Ton/Np*Sc3、c為磁芯的磁導(dǎo)率，c=e*o 4、e為閉合磁路（無(wú)氣隙）的有效磁導(dǎo)率，e的推導(dǎo)過(guò)程如下：由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/c=Bc/e*o Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(e*o)=Np*Vp*Ton/Lpo又根據(jù)：Bc=Vp*Ton/Np*Sc 代入上式化簡(jiǎn) 得：e = Lpo*lc/o*Np2*Sc 5、Lpo為對(duì)應(yīng)Np下閉合磁芯的電感量，其值為：Lpo = AL*Np26、將式步驟5代入4，4代入3，3、2 代入1得：Lp =Np2*Sc/(Sc/AL +/o) 28 實(shí)際磁芯氣隙 如果/lc0.005：=如果/lc0.03： =o*Np2*Sc/Lp否則 =*Sg/Sc 29 穿透直徑D D = 132.2/f 30 開關(guān)管反壓Uceo 如果為半橋：Uceo = 2 *Vinmax否則 Uceo = 2 *Vinmax*2 31 輸出整流管反壓Ud Ud = 2*Vsmax 一般考慮到效率，輸出整流不會(huì)采用全橋。如采用全橋整流，則；Ud = Vsmax 注：1、對(duì)于雙端電路，變壓器初級(jí)電感量要足夠大（一般磁芯不留氣隙），否則，初級(jí)在Ton時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存的磁能足夠大而不能忽略，因磁能會(huì)在Toff時(shí)間內(nèi)傳遞給負(fù)載，從而影響占空比on，這樣在做電路分析時(shí)，就需要兼顧其影響而變得復(fù)雜。 2、在本設(shè)計(jì)程序中，未考慮初級(jí)電感量對(duì)負(fù)載和占空比on的影響。 三、反激式開關(guān)電源高頻變壓器：No 待求參數(shù)項(xiàng) 詳細(xì)公式 1 最大占空比onmax onmax = (Vo*Np/Ns)/Vp+(Vo*Np/Ns) 1、onmax的概念是指：根據(jù)磁通復(fù)位原則，其在閉環(huán)控制下所能達(dá)到的最大占空比。2、由：Vp*Ton=n*Vo*Toff 且Ton+Toff=Ts Toff=Ts-Ton n=Np/Ns得 ：Vp*Ton=n*Vo*Ts-n*Vo*Ton 則：Ton = n*Vo*Ts/(Vp+n*Vo) 于是：=Ton/Ts = n*Vo/(Vp+n*Vo) = (Vo*Np/Ns)/Vp+(Vo*Np/Ns)3、這里未考慮輸出整流二極管壓降。 2 臨界電感Lpo 如果為PWM式：Lpo = *onmax2 *Vp2/ (2*f*Po)如果為自激式：Lpo = Lp 1、所謂臨界電感量，是指在Ton時(shí)間內(nèi)，變壓器初級(jí)積聚的能量剛好滿足輸出功率的要求，對(duì)于自激式電路中，假定在理想狀態(tài)下，Toff時(shí)間儲(chǔ)能釋放完畢后開關(guān)管立即導(dǎo)通，則初級(jí)選擇任何電感量值，也是該電路的臨界電感量Lpo。2、根據(jù)能量守恒；(1/2)*L*I2/T=Po/ 而I= Vp*Ton/Lp 或由：(1/T)*0ton(Vp*Vp*t/Lp)dt = Po/得：Vp2*Ton2/(2*T*Lp)= Po/ 即：Lp =*2*Vp2/(2*Po*f) 3 自激式電路工作頻率f f = (*Vp2*2)/(2*Lp*Po) 對(duì)于自激式電路，我們假定Toff時(shí)間儲(chǔ)能釋放完畢后開關(guān)管立即導(dǎo)通，根據(jù)能量守恒定律，在Ton時(shí)間內(nèi)，變壓器初級(jí)積聚的能量應(yīng)剛好足夠滿足輸出功率的要求，即：(1/T)*0ton(Vp*Vp*t/Lp)dt = Po/得：Vp2*Ton2/(2*T*Lp)= Po/ Ton2 = 2*T*Lp*Po/(*Vp2 )= 2*Lp*Po/(*Vp2*f)而： Ton =/f 代入上式化簡(jiǎn)得：f = (*Vp2*2)/(2*Lp*Po) 4 實(shí)際工作占空比on 如為PWM式且onmax2*Vp2/(2*f*Lp)Po/：on=2*f*Lp*Po/(*Vp2)否則 on=onmax 1、當(dāng)PWM電路在Ton時(shí)間內(nèi)，變壓器初級(jí)積聚的能量增量小于或等于滿足輸出功率要求時(shí)，電路工作在連續(xù)或臨界狀態(tài)，on=onmax。2、自激式電路工作在臨界狀態(tài)，故on=onmax。3、當(dāng)PWM電路在Ton時(shí)間內(nèi)，變壓器初級(jí)積聚的能量增量大于滿足輸出功率要求時(shí)，電路工作在斷流狀態(tài)，故根據(jù)能量守恒：(1/T)*0ton(Vp*Vp*t/Lp)dt = Po/ 得：Vp2*Ton2/(2*T*Lp)= Po/ 即：Lp =*2*Vp2/(2*Po*f) 推出：on=2*f*Lp*Po/(*Vp2) 5 導(dǎo)通時(shí)間Ton Ton =on/f 6 最小原邊電流Ipmin Ipmin = Po/(*onmax*Vp)-onmax *Vp/(2*f*Lp) 1、根據(jù)能量守恒 Pi =0Ton Vp*(Ipmin+Vp*t/Lp)dt/Ts 得：Pi=Vp*(Ipmin+Vp*Ton/2Lp)*=Po/ 即：Ipmin = Po/(*Vp*)-Vp*/(2Lp*f)2、如電路工作在斷流狀態(tài)，則計(jì)算值會(huì)小于0，這時(shí)應(yīng)取Ipmin=0 7 原邊電流增量Ip Ip = Ton*Vp/Lp 8 原邊電流峰值Ipmax Ipmax = Ipmin+Ip 9 原邊有效電流Ip Ip = (Ipmin2+ Ipmin*Ip+Ip2/3)*on 1、Ip=(1/T)*0ton(Ipmin+Ip*t/Ton)2dt2、on= Ton/T 10 原邊電流直流分量Ipdc Ipdc =(Ipmin+Ip/2)*on 11 原邊電流交流分量Ipac Ipac = (Ip2- Ipdc2) 12 原邊繞組需用線徑Dp Dp = 0.55*Ip 電流密度取4.2A/mm2 13 最小副邊電流Ismin Ismin=Ipmin*Np/Ns 14 副邊電流增量Is Is=Ip*Np/Ns 15 副邊有效電流Is Is =on*(Ismin2+Ismin*Is+Is2/3)*Vp*Ns/(Vo*Np) 1、由：Is=(1/T)*0toff(Ismin+Is*t/Toff)2dt 得：Is=(Ismin2+Ismin*Is+Is2/3)*(Toff/T)2、當(dāng)工作在斷流模式時(shí)，上式中的Toff不能采用T-Ton計(jì)算，因磁能會(huì)在未達(dá)到Toff終了前釋放完畢，造成計(jì)算錯(cuò)誤，這里的Toff應(yīng)由磁通復(fù)位原則求得：Vp*Ton=n*Vo*Toff n=Np/Ns 得：Toff=Vp*Ton*Ns/(Np*Vo)3、如將Ismin=Ipmin*Np/Ns，Is=Ip*Np/Ns，Ip = Ton*Vp/Lp代入公式得：Is =on*Vp*Np/(Ns*Vo)*Ipmin2+Ipmin*Vp*on/(Lp*f)+Vp2*on2/(3Lp2*f2) 16 副邊電流直流分量Isdc Isdc = Io 17 副邊電流交流分量Isac Isac =(Is2- Isdc2) 18 副邊繞組需用線徑Ds Ds = 0.5*Is 電流密度取5A/mm2 19 磁感應(yīng)強(qiáng)度增量B B = Vp*on/(Np*f*Sc) 20 剩磁Br Br = 0.1T 21 標(biāo)稱磁芯材質(zhì)損耗PFe (100KHz 100 KW/m3) 磁芯材質(zhì)PC30，PFe = 600磁芯材質(zhì)PC40，PFe = 450 22 選用磁芯的損耗系數(shù) = 1.08* PFe / (0.22.4*1001.2) 1.08為調(diào)節(jié)系數(shù) 23 磁芯損耗Pc Pc = *Vc*(B/2)2.4*f1.2 24 氣隙導(dǎo)磁截面積Sg 方形中心柱 Sg= (a+/2)*( b+/2)/(a*b)*Sc圓形中心柱 Sg= *(d/2+/2)2/*(d/2)2 *Sc 25 有效磁芯氣隙 =o*(Np2*Sc/Lp-Sc/AL) 1、根據(jù)磁路歐姆定律：H*l = I*Np 有空氣隙時(shí)：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np又有：H = B/ Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：B*lc/c +B*/o = Vp*Ton*Np /Lp 式中：lc為磁路長(zhǎng)度，為空氣隙長(zhǎng)度，Np為初級(jí)圈數(shù)，Lp為初級(jí)電感量，B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度增量；o為空氣中的磁導(dǎo)率，其值為410-7H/m；2、B=Vp*Ton/Np*Sc3、c為磁芯的磁導(dǎo)率，c=e*o 4、e為閉合磁路（無(wú)氣隙）的有效磁導(dǎo)率，e的推導(dǎo)過(guò)程如下：由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/c=Bc/e*o Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(e*o)=Np*Vp*Ton/Lpo又根據(jù)：Bc=Vp*Ton/Np*Sc 代入上式化簡(jiǎn) 得：e = Lpo*lc/o*Np2*Sc 5、Lpo為對(duì)應(yīng)Np下閉合磁芯的電感量，其值為：Lpo = AL*Np26、將式步驟5代入4，4代入3，3、2 代入1得：Lp =Np2*Sc/(Sc/AL +/o) 26 實(shí)際磁芯氣隙 如果/lc0.005： =如果/lc0.03： =o*Np2*Sc/Lp否則 =*Sg/Sc 27 直流Ipmin產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bo Bo= Ipmin*Np/(lo/o+Sc/AL) 1、Ipmin*Np=Ho*lo+Hc*lc=Bo*lo/o+Bo*lc/c c=e*o2、由：Bc*lc/(e*o)=Np*Vp*Ton/Lpo Bc=Vp*Ton/Np*Sc 得：e = Lpo*lc/o*Np2*Sc3、Lpo=Np2*AL 28 最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm Bm = B+Br+Bo 29 穿透直徑D D = 132.2/f 30 開關(guān)管反壓Uceo Uceo = 2 *Vinmax+(Vo+0.5)*Np/ Ns 1、未考慮漏感。2、0.5是考慮輸出整流二極管壓降的調(diào)整值 31 輸出整流管反壓Ud Ud = Vo+2 *Vinmax*Ns/Ns