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(chǔ)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(méi)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(duì)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(duì)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(huì)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(dòng)值IR,,不妨自己把電感電流的曲線圖畫出來(lái),,大概和上面的相似。然后再選定一個(gè)脈動(dòng)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屎洼敵鲭妷菏且阎模敲雌骄娏髦礗O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(shuō)不理解啊,。
第五步,確定此電流的效值IRMS,,這一步用來(lái)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(hào)下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉+IP*根號(hào)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(shuō):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(guò)輸入電壓儲(chǔ)存來(lái)的,,而是從副邊電感上感應(yīng)過(guò)來(lái)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(guò)來(lái)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(huì)算吧,于是這個(gè)電流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根號(hào)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(lái).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(guò)去的,,我就不畫了,其有效值= IP*根號(hào)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(lái),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(guò)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(jiàn),。