变换器设计

变换器设计

一、初级并联次级串联2500W 输出

EE55/28/17 中心柱C ＝16.95,B ＝37.5, D ＝16.75，E ＝18.9

有效参数：A e ＝2.82cm 2, V e ＝34900 mm 3 EE55/28/21 中心柱C ＝16.95,B ＝37.5, D ＝20.75, E ＝18.9

Ae ＝3.49 cm 2, V e ＝43200mm 3

窗口A w ＝(B-C)×E=(37.5-16.95)×18.9=388.4mm 2,

平均匝长l w =2(D+C)+(B-C)×π/2=2(16.95+16.75)+π(37.5-16.95)/2=100mm =2(16.95+20.75)+π(37.5-16.95)/2=107mm 1.设计参数

输入电压100~130V

输出电压U dc ＝400V ， 最小输出电压U ＝350V 输出功率2500W/2=1250W 变压器频率f=50kHz 假定变换效率η＝0.85，

要求功率管满载导通压降小于1.5V 。 2. 磁性采用EE55/28/21

3. 设在110V 时最大占空度0.96，初级匝数

88.91051049.315.04110

97.044

41=××××××==

−f BA DU N e i 匝 取10匝

4. 初级平均电流、中值电流和初级有效值

4.131108

5.01250min =×==

i o i U P I η A ,中值电流==97

.0i a I

I 13.8A ，6.92/97.01=×=a I I A

5. 次级电流 25.6200

1250

2===

dc o U P I A 5. 匝比、次级匝数和线圈结构

设最低电压为100V ，保证输出最低电压350V ，则变比

75.1100

175

==

n 5.171075.112=×==nN N 匝。取18匝 次级18×2分内外层。初级夹在中间。 6. 导线尺寸，电流密度j=4A/mm 2

初级需要导线截面积4.24/6.94/11===I A cu mm 2

窗口宽D w =2E=2×18.9=37.8mm ，考虑骨架和爬电距离，绕线部分宽度D w ’=30mm ，初级铜带厚度

08.030

4

.211===w cu D A H mm 选择厚度0.1mm 铜带。3301.01=×=cu A mm 2 集肤深度

03426.010

566.766.74

=×==

∆f cm=0.3426mm

次级单股导线太粗，邻近效应影响严重，同时绕线困难。采用多股线并联。因为集肤深度为0.34mm 。需要的导线截面积

56.14/25.64/22≈==I A cu mm 2

每层截面积为0.78mm 2。选择2×d=0.71mm 导线，截面积0.396mm 2，外径d ’=0.79mm 。每层30/(2×0.79)=18.9，可以绕下18匝。内层与外层并联。线圈结构如附图1所示。 7. 校核窗口

初级铜线总面积32102111××=××=cu w A N A ＝60mm 2 次级铜总面积512.284396.0182222=××=×=cu w A N A mm 2。 窗口填充系数 227.04

.388512

.286021=+=

+=

w w w w A A A k <0.3 初级可以采用更厚铜带，最大到0.14mm 。

窗口高度h=(37.5-16.95)/2=10.275mm,考虑骨架，实际高度8mm 。初级层间2×0.05mm 绝缘，占有窗口高度h w =(0.1+0.1)×20+(0.79+0.1)×2+0.2×2=4+1.78+0.4=6.78mm<0.8mm 初级＋次级＋层间和线圈间＋外包 8. 计算铜损耗（应用图6-9） 初级导线直流电阻03.07.1010103.261

11×××==−cu dc A l R ρ

=8.2m Ω

初级交流电阻：292.03426.01

.01==∆=

w D Q ，5层，F R ＝1.1.可以按总有效值计算损耗。 次级直流电阻93.5500792

.07

.1018103.26222=×××==−cu dc A l R ρ

m Ω 次级 63.13426

.079

.0/71.071.083.0/83.0'=×=∆=d d d Q ，1层，F R ＝1.63

初级线圈损耗511.12102.86.92321211=×××=×=−dc w R I P W

次级线圈损耗092.121093.55)25.65.0(2)5.0(32222=××××=×=−ac w R I P W

N

N 附图1

线圈总损耗为6.2092.1511.121=+=+=w w w P P P W

磁芯磁通密度幅值B ＝0.15×0.988=0.1482T 。如果选用天通TP40C ，单位体积损耗约为70mW/cm 3。则磁芯损耗为

024.32.4307.0=×==e c pV P W

变压器总损耗为

624.56.2024.3=+=+=c w T P P P W 变压器热阻

27.9884

.33636===

w T A R ℃/W 则变压器温升

1.52624.527.9=×==∆T T P R T ℃ 如果风扇冷却。温升壳降低到50℃以下。 9. 估计磁化电流峰值

查得天通TP4材料EE 的A L ＝6.7μH ，激磁电感为

μH 6707.610221=×==L m A N L

因为开关频率为50kHz ，周期为20μs ，1/4周期上升到最大值,则峰值磁化电流 82.01067010504110

446

3=××××===

−m i m i m fL U L T U I A 二、方波逆变器输入直流升压变换器设计

1. 设计参数

输入10~15V ，输出电压250V ～300V ，输出功率P o ＝300W ，开关频率f=40kHz 。效率η＝0.80，D=0.97 2. 磁芯参数

EC40 用天通 EER40，尺寸 3. 初级匝数

3.21049.12.010404)

6.012(9

7.044

31=×××××−×==

−e i fBA DU N 匝 取N 1＝3匝。 实际磁通密度为

1546.02.03

319

.2=×=

B T 在最大输入电压15V 失控时，磁芯最大次感应

)100(max 2034.01546.04

.1115

s B B <=×=

u

附图2 变压器电压和磁化电流

mm

A=40,B=22.4,C=13.3,D=13.3,E=29,F=15.4 A e =1.49cm 2,l e =9.8cm,V e =14.602cm 3,A L =3500nH A w =F(E-D)=15.4×15.7=2.42cm 2

附图 天通EC40设计参数