正激變換器磁性元件除了變壓器外,,還有一個(gè)電感器,,即扼流圈,。一般的資料上都是從變壓器開始算起的,,但本人認(rèn)為應(yīng)該從電感器開始算起比較好,,這樣比較明了,思維可以比較清楚,。因?yàn)檎ぷ儞Q器起源于BUCK變換器,,而BUCK變換器,其功率的心臟是儲能電感,,因此,,正激變換器的功率心臟是扼流圈,而不是變壓器,,變壓器只有負(fù)責(zé)變電壓,,并沒有其它的功能,功率傳輸靠得是電感,。當(dāng)然一般書上從變壓器算起,,也未嘗不可,但這樣算,,思路不是很明確,,也不容易讓讀者理解。下面我演示一下我的算法,,希望對讀者能有所幫助,。
電感器的設(shè)計(jì)
首先,以濾波電感為研究對象,,進(jìn)行研究,。在一個(gè)周期中,開關(guān)管開通的時(shí)候,,濾波電感兩端被加上一個(gè)電壓,,其電流不是突變的,而是線性的上升的,,有公式I=V*TON/L,,這幾項(xiàng)分別表示電感電流的增量,輸入電壓,,開通時(shí)間,,電感量。而這個(gè)電壓是變壓器副邊放出的,。在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候,,電感器以一個(gè)恒定的電壓放電,其電流即會線性的下降,,同樣遵守這個(gè)公式,,即I=Vo*TOFF/L,,一個(gè)周期中,放電電流等于充電電流,,所以上兩式相等,,再用1-D代替TOFF,D代替TON,,于是從上兩式中得到Vo=V*D,。畫出電感兩端的電壓電流波形如下圖。
電感兩端電壓電流波形
上有電流波形,,下為電壓波形,。所以,我設(shè)計(jì)的第一步就是確定這個(gè)原邊電流的波形,。
第一步,,確定電感充電電壓值。首先,,確定開關(guān)管開通的時(shí)候,,加在電感器兩端的電壓V,這個(gè)電壓由設(shè)計(jì)者自己設(shè)定,,選定這個(gè)電壓后,,最大占空比D即確定了。
第二步,,設(shè)定電感電流的脈動值IR,,不妨自己把電感電流的曲線圖畫出來,大概和上面的相似,。然后再選定一個(gè)脈動電流的值,,即上升了的電流或是下降的電流的值。因?yàn)檩敵龉β屎洼敵鲭妷菏且阎?,那么平均電流值IO就是知道的,。
第三步,根據(jù)上面的條件,,確定這個(gè)電流的波形,。要確定這個(gè)波形,要知道其峰值IP吧,,上面的條件已經(jīng)足夠求出這個(gè)峰值了,,有方程式IR/2+(IP-IR)=IO,解出IP=IO+IR/2
第四步,,設(shè)定電感量,。根據(jù)原邊電流的波形,算出電感量小CASE,L=V*TON/IR,。這個(gè)公式理解吧,,就和上面那個(gè)一樣的,不要說不理解啊,。
第五步,,確定此電流的效值IRMS,這一步用來確定線徑,。注意,,確定線徑用的是有效值,,而不是平均值,。這個(gè)電流波形的有效值公式是:IRMS=IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉+IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)(1-D)〉。這個(gè)公式推導(dǎo)需要積分比較繁難,,我就不講了,,大家記著用就可以了。算出了電流值后,,就可以確定線徑了,,要使有效值電流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米之間,這一點(diǎn)很重要,,大家要切記啊,。
以上幾步,就完成了電感器的設(shè)計(jì),,并且以上幾步,,確定了一些重要的參數(shù),這些參數(shù)將是下一步變壓器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),。
高頻變壓器的設(shè)計(jì)
總說:正激變壓器和反激變壓器是大的區(qū)別就是正激變壓器是不要開氣隙的,,要求其電感量盡量大。正激變壓器原邊也有電流,,但這個(gè)電流不是其自己通過輸入電壓儲存來的,,而是從副邊電感上感應(yīng)過來的,知道了這一點(diǎn),,正激變壓器就好設(shè)計(jì)了,。
第一步,確定原邊匝數(shù),。,;當(dāng)然首先自己要選一款磁芯啦.設(shè)原邊輸入最低電壓是VS,導(dǎo)通時(shí)間用TON表示,,還要自己設(shè)定一個(gè)磁芯振幅,,一般我是取0.2到0.25T,因?yàn)檎ぷ儔浩魇遣恍柚绷鞣至康?所以相比反激而言這個(gè)值可以取大些,原邊匝數(shù)NP=VS*TON/AE*B,其中AE是磁芯截面積.
第二步,確定副邊匝數(shù),因?yàn)樵陂_關(guān)管開通的時(shí)候,副邊要以V的電壓放電,而這個(gè)V值,上面已經(jīng)在設(shè)定開關(guān)管占空比的時(shí)候確定了,所以副邊匝數(shù)NS=NP*V/VS
第三步,畫出原邊電流波形,算出原邊電流波形的效值,從而確定線徑.如下圖所示,因?yàn)殡娏鞑ㄐ问菑母边吀袘?yīng)過來的,其波形就是電感電流波形開關(guān)管導(dǎo)通的那一部分.
這個(gè)電流的波形的峰值就是電感電流峰值除以匝數(shù)比,這個(gè)會算吧,于是這個(gè)電流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D>然后根據(jù)這個(gè)電流值去選線,電流密度同上.
第四步,確定副邊電流的波形,求出副邊電流波形的有效值來.副邊電流的波形就是開關(guān)管開通時(shí)候電感電流的那一部分,這個(gè)波形和原邊電流的波形相似,因?yàn)樵呺娏鞯牟ㄐ尉褪怯蛇@個(gè)感應(yīng)過去的,我就不畫了,其有效值= IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉,。依此去選線.
第五步,確定自饋電繞組,一般其和原邊同名端相反,利用磁復(fù)位放出電壓感應(yīng)出電壓來,我是這樣做的,還有一些其它的方案,各位高手自已研究吧.
以上就是我設(shè)計(jì)正激變換器磁性元件的全過程,一環(huán)扣一環(huán),緊密相連,我認(rèn)為思路還是比較清楚的,避免了煩雜的公式,化難為易,望同行們提點(diǎn)意見,。