双管正激变换器设计之一变压器篇(1.2KW)

1200W双管正激变换器设计之一——变压器设计

正激变换器通常使用无气隙的磁芯，电感值较高，初次级绕组峰值电流较小，因而铜损较小，开关管峰值电流较低，开关损耗较小，其高可靠高稳定性使得其在很多领域和苛刻环境得到应用.下面举例给大家分享下对正激变换器的设计方法：

规格：

输入电压Vin=400V（一般在输入端会有CCM APFC将输入电压升压在稳定的DC400V左右）

输出电压Vout=12V

输出功率Pout=1200W

效率η=85%

开关频率Fs=68KHz

最大占空比Dmax=0.35

第一，

第一，选择磁芯的材质

选择高μ低损，高Bs材质，一般常采用TDK PC40或同等材，其相关参数如下：

因为正激电路的磁芯单向磁化，要让磁芯不饱和，磁芯中的磁通密度最大变化量需满足ΔB

的动态范围变小而出现饱和，因此，设计时需保留一定裕量，通常取60%~80%（Bs-Br）, ΔBc 选得过高磁芯损耗会增加，易饱和，选得过小会使匝数增加，铜损增大，产品体积增大，通常选择60%（Bs-Br），则最大磁通变化量ΔB=（390-55）*0.6=201mT,即0.201T

第二，确定磁芯规格

根据公式AP=Aw*Ae=(Ps*104)/(2ΔB*Fs*J*Ku)

其中:

Aw为磁芯的铜窗口截面积（cm2），Ae为磁芯的有效截面积（cm2），Ps为变压器的视在功率（W），J为电流密度（A），Ku为铜窗口占用系数

对正激变换器，视在功率Ps=Pout/η+Pout

电流密度J根据不同的散热方式取值不同，一般采用300~600A/cm2,此处考虑到趋肤效应采用多股纱包线，取600A/cm2

铜窗口占用系数Ku取0.2

ΔB=0.20T，J=600A/cm2,Ku=0.2

代入公式得AP=[(1200/0.85+1200)*104]/(2*0.201*68*103*600*0.2)=7.962cm4

查磁芯规格书，选用磁芯ETD49,其相关参数如下：

ETD49的AP=Aw*Ae=375*213=79875mm4=7.9875cm4<7.962cm4,即,OK。

第三，计算匝比、匝数

1. 根据公式N=Np/Ns=Vin/Vout=(Vin*Dmax)/(Vo+Vf)

其中Vf为输出二极管正向压降，取0.8V

得匝比N=（400*0.35）/(12+0.8)=10.9375,

取匝比N=11验算最大占空比Dmax，

最大占空比Dmax=N(Vout+Vf)/Vin=11*(12+0.8)/400=0.352

2. 根据公式Np=Vin*Ton/(ΔB*Ae)

导通时间Ton=Dmax*Ts,周期Ts=1/Fs*106

得初级匝数

NP=[Vin*Dmax*(1/Fs*106)]/(ΔB*Ae)={400*0.352*[1/(68*103)*106]}/(0.201*213)=48.36Ts,取49Ts

3. 次级匝数Ns=Np/N=49/11=

4.45Ts

4. 取次级匝数Ns=5Ts验算初级匝数Np,

初级匝数Np=Ns*N=5*11=55Ts

考虑到输入电压较高，采用双管正激比采用单管正激可以大幅减小MOS的电压应力，无需消磁绕组。

7. 再通过初级匝数Np来验算最大磁通变化量ΔB，最大磁通变化量

ΔB=（Vin*Dmax*Ts）/(Np*Ae)={400*0.352*[1/(68*103)*106]}/(55*213)=0.1767T

根据ΔB+Br

8. 根据L=N2*Al得，

初级电感量最小值Lmin=Np2*[AL*(1-0.25)]=552*[4440*(1-0.25)]/106=10.0mH

第四，计算各绕组线径

1. 输入电流Ip=Pout/(Vin*Dmax*η)=1200/(400*0.352*0.85)=10.0A

初级线圈电流有效值Ip_rms=Ip*SQRT(Dmax)=10.0*SQRT(0.352)=5.9A

则，初级线圈截面积Swp=Ip_rms/J=5.9/600=0.0098cm2=0.98mm2

多股纱包线单根直径为0.1mm，其单根面积为Sw=3.14*(0.1/2）2=0.00785mm2

得,初级所需纱包线股数Nwp=Swp/Sw=0.98/0.00785=124.8PCS,约125PCS。

即，初级线圈采用125根单根直径0.1mm的纱包线。

2. 次级线圈电流有效值Is_rms=Iout*SQRT(Dmax)=100*SQRT(0.352)=59.3A

次级线圈截面积Sws=Is_rms/J=59.3/600=0.0988cm2=9.88mm2

次级所需纱包线股数Nws=Sws/Sw=9.88/0.00785=1258.6PCS,约1260PCS。

即，次级线圈采用1260根单根直径0.1mm的纱包线。

通常纱包线的电流密度可取范围较大，一般为400~1200A/CM2,结合常用规格，取：

初级线圈采用120根单根直径0.1mm的纱包线绕55Ts；

次级线圈采用1200根单根直径0.1mm的纱包线绕5Ts。

1、频率只有68K，犯不着用利兹线，直接0.6mm的线4根并绕就好

2、次级电流算错了，有效值就是100A，峰值大约为170A，这个得用铜箔了

3、最好回头验算一下能不能绕下

次级线圈有效值电流是100A？？

多股漆包线的电流密度最大可达1000~1200A/CM2，就算再大电流采用多股漆包线也是可以的，并不一定要用铜箔，按ETD49的幅宽，需采用0.6mm厚的铜箔才可以，0.6mm的铜箔并不一定比多股漆包线好绕吧

1000~1200A/CM2不就是10~12A/MM2吗？

能绕下当然用利兹线好点，铜箔厚了不好出线。

根据L=N2*Al得（请问这个公式怎么来的）

初级电感量最小值Lmin=Np2*[AL*(1-0.25)] （请问1-0.25是怎么来的）