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电源变压器设计实例

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电源变压器设计实例

磁心尺寸

变压器尺寸的选择要在所选工作频率上满足功率需求和温升。这些信息可以从制造商的数据中获得,可传送的功率的典型图示于图中。

 

实例

假设一个保守手机充电器设计的工作频率是30kHz,温升40℃,输出是100W。

该系统给出5V、20A的单输出。这种系统的效率是70%,可传送的功率约为140W(假设主要的损耗在变压器和输出电路)。根据图2。2。2,选择EC41(FX3730)或类似的磁心尺寸是合适的。

 

优化磁通密度

最优磁通密度Bopt的选择需要仔细考虑。不像反激变换器,该电路要使用两个象限的B/H回环,可得到的磁感偏移大于反激时的两倍。因此应该更加小心考虑磁心损耗,因为如果使用整个磁感偏移,磁心损耗可能超过铜损耗。对于最有效率的设计,磁心损耗和铜损耗应接近相等。

图表示了41mm磁心以变压器总损耗为变量的温升曲线。假设允许的温升是40℃,则变压器中允许的功率损耗是2。6W(注意热点温度稍高于整个磁心温度平均值)。因此如果该功率损耗由磁心和绕组平均分担,则最大的磁心损耗是1.3W。

由图可以看出在30kHz时,FX3730磁心在总磁通Φ接近19μWb时的损耗是1.3W。中心磁极的面积是106mm2,故中心磁极中的峰值磁通密度B是

 

 

图在自然通风条件下,F×3730变压器的温升是内部总消耗的函数

 

注意:

1T=1Wb/m2

峰值磁通密度选择的第二个考虑是在最大输入电压时瞬间负载条件下磁心饱和的可能性。

 

暂态条件

变换器工作于闭环时,随着输入电压增加,脉宽通常以相同的速率减小以维持输入电压恒定。在这些条件下,磁心的磁通密度峰值保持在设计值(本例为180mT)。可是在瞬态条件下,无论充电器电压如何,脉宽可能增加到最大值。这种情况可能出现在输入电压为最大的时候。变压器设计成最小电压和最大脉宽时工作在180mT。因此最大输入电压时磁通密度的增加将与电压的增加率相同(本例为50%)。本例中,磁通密度将从180mT突然增加到270mT,从图可以看出,这仍然低于其饱和限制,所以只要变压器的工作对称于零磁通,瞬间负载就不会引起磁心饱和,工作是可靠的。

如果计算显示磁心将会饱和,建议采取下列措施之一。

(1)设计在较低的磁通水平工作。虽然这种方法安全,但降低了变压器效率,因为需要更多的绕组,并且不能使用优化磁通水平

(2)为两个开关晶体管提供独立的快动作限流。这是一种好的解决方案,因为它不仅能防止饱和,还能防止其他的不利条件。使用电流型控制可起到类似的作用。

 

图在100℃时,一对FX3730磁心的磁滞和涡流损耗是总磁通Φ中的函数,以频率为参数(经Mullard公司许可)

 

(2)正比于输入电压的最大脉宽采用结束停止功能。这也是一种可接受的解决方法但这种方法使暂态性能降低。


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| 发布时间:2018.10.12    来源:充电器厂家
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