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对角半桥正激变换器变压器设计

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对角半桥正激变换器变压器设计

手机充电器变换器使用的变压器如图所示,其一般工作原理与用于单端正激变换器中的工作原理相同。主要差别在于不需要能量恢复绕组。

 

步骤1,选择磁心尺寸

遗憾的是,没有基本的公式供选择磁心尺寸用。磁心选择取决于许多变量,包括材料类型、磁心的形状和设计、磁心的位置、冷却形式及允许的温升。这也取决于用于变压器设计中的材料和绝缘类型、元件的工作环境温度、工作频率以及所提供的通风设备(例如,强迫通风、空气对流或传导冷却)。

大多数的制造商提供了图表或诺模图,推荐了特殊工作条件下磁心的尺寸,这些图表使设计有良好的开端,本例中将使用这些图表。

一个典型的磁心选择图示于图中。

 

举例说明

考虑一个具有5V,20A单输出的100W离线正激充电器。开关频率为50kHz。

参考图,由于其工作点P1在允许的工作范围之内,EC41磁心应该是合适的。

充电器电压V由110V充电器经电压倍频器得到,拨动联动开关就可以得到双输入电压工作方式。

在对角半桥电路中,占空比不能超过50%,这是由于相同的原边绕组用于正激和反激两种条件,而两种条件所加的电压都是Vcc。因此,由于工作频率是50kHz,最大的导通时间将是10μs。

本例中使用了电压控制反馈环并有非常快的暂态响应。因此暂态条件下,最大电压和脉宽是一致的。为防止变压器饱和,变压器原边设计是在最坏情况条件下进行的。

假设变压器设计使用的参数如下:

Vac=充电器输入电压,单位是V;

Vcc=直流变换器整流电压,单位是V;

ƒ=变换器频率,单位是kHz;

ton=最大导通时间,单位是µs;

toff=关断时间,单位是µs;

Acp=最小磁心横截面积,单位是mm2;

Ae=有效磁心面积(总磁心以mm2为单位);

Bs=最大磁心磁通密度,单位是mT;

Bopt=工作频率时优化磁通密度值,单位是mT;

Vout=输出电压,单位是V。

 对角半桥正激变换器变压器设计

对于本例,

Ƒ=50kHz

ton=10μs(最大)

Acp=100mm2

Ae=120mm2

Bs=350mT在100℃下(见图)

B==170mT在50kHz下(见图)

Vout=输出电压,5V

充电器输入电压范围Vac是

最小值85

额定值110

最大值137

由倍压电路给出和加在变换器的直流电压取决于许多可变因素,因此难以精确计算。一些主要因素是

充电器电阻

 

EMI(电磁干扰)滤波电阻

浪涌热敏电阻的热电阻(若有使用)

整流器压降

倍压器电容尺寸

负载电流

充电器频率

第一部分第6章展示了建立直流电压的图示方法并介绍了电容器选择。由于并不是所有的变量都可知,直流电压V的最后确定值最好是从样机中测量得到。本例中最小直流电压使用简单的经验近似值。对于满载时的倍压连接,


 对角半桥正激变换器变压器设计

从图中可知,对于EC41磁心,50kHz时的磁通密度B=(峰值)是85mT该值可用于推挽情况的最优设计。(记住,最优设计的目标是使铜损和磁心损耗大致相同,从而使总损耗最小。)推挽变换器中总的磁通密度变化是从+B=到一B=,磁心损耗取决于总变化△B。在单端变换器中对于相同的磁心损耗,B==△B=2×85=170mT,这是因为所有的磁通密度偏移都在一个象限中(见第9章)。该磁通密度在指定的输入电压下决定有效的磁心面积(它决定了磁心损耗,适用于额定的磁心尺寸和常规的输入电压)。

如果该磁通密度用于额定的充电器电压(110V交流),则在最大充电器电压(137V交流)和最大脉宽时的最大磁通密度B是

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该值小于磁心的饱和值(见图),因此是可以接受的。


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| 发布时间:2018.10.08    来源:充电器厂家
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