24V20A半桥式开关电源设计计算

变压器和电感部分

变压器T2和滤波电感T1参数

输出电压Vout=24V ，电流Iout=20A ，Pout=480W 。Rt=6.8K,Ct=1NF,震荡频率F=1Rt∗Ct =147KHZ 。输出频率F=震荡频率/2=73.5KHZ,周期T=173.5KHZ =13.61uS ，N p 初级圈数，N m 次级圈数。

AC 输入电压220V ±15%，即AC180V-250V DC=200V-400V 之间（算上50V 纹波） V in （min ）=180*1.4-50≈200V, V in （max ）=250*1.4+50≈400V ，50V 为纹波电压。 每个开关管的最大占空比为0.4，则一个周期内两个开关管的最大占空比之和为0.8。 T2不开气隙，L1要开气隙。

第一，初次级和充电部分线圈匝数的计算（初级有一个线圈，次级和充电部分都有两个线圈）

选用EER42/15（即EC42/15）磁芯架构，PC40材质，100度时饱和磁通密度Bsat=3900*10^(-4) T ，剩余磁通Bres=0.095T,为保证磁芯工作在磁滞回线的线性部分（在磁滞回线弯曲部分之前）取Bmax=2250*10^(-4) T=0.195T （PC40一般取0.18-0.25T 。若取得过大，可能会进入弯曲部分，甚至会进入饱和状态。若开了气隙，可利用的线性部分变大，可适当取大些，本变压器没有开气隙，应该选偏小点）磁芯截面积Ae=1.94cm 2，则

单端磁通Δb=Bmax-Bres=0.195T-0.095T=0.1T=1000G （高斯）（即为可利用的磁通密度范围，频率低于50KHZ 时选用1600G ，频率越高该值越小,本变压器频率为73.5KHZ ）， 半桥电源的磁通范围在第一和第三象限，则ΔB=2*Δb=0.2T=2000G （其中一个开关管导通时，磁通密度变化范围可从相应的负1000G 到正1000G ）

若最低输入电压Vin min= Vin (min )/2=200V/2=100V,

最大导通时间T on (max )=0.8T/2=0.4∗13.61uS =5.44uS ，则

初级线圈数N p =(Vin min −1)∗T on (max )∗10^8

Ae∗ΔB =99∗5.44∗10^(−6)∗10^81.94∗2000=13.88≈14圈（取偶数，好绕线）

初级线圈为一个线圈（Q1导通或Q2导通时共用该初级线圈），而次级线圈由两个线圈（Nm1和Nm2）构成，其中一个线圈对应着Q1导通进行半波整流输出，另一个线圈对应着Q2导通进行半波整流输出，两个输出进行并联进行总的输出，则在一个周期内，输出电压等于两个线圈分别半波整流输出之和，若每个开关管最大导通时间为0.8T/2=0.4T ，则

Vout =[(V in min -1)* Nm1Np -V d ]* 0.4T T +[(V in min -1)* Nm2Np -V d ]* 0.4T T

由于Nm1=Nm2，令Nm=Nm1=Nm2，则

Vout =[(V in min -1)*

Nm1Np -V d ]* 0.4T T +[(V in min -1)* Nm2Np -V d ]* 0.4T T =[(V in min -1)* Nm Np -V d ]* 0.8T T =[(100V-1V)* Nm Np -1]* 0.8T T =[99* Nm 14-1]* 0.8=24V ，则Nm=4.38≈5圈（偏多一点对应着占空比偏小一点，更安全一点），则Nm1=Nm2=5圈，则次级线圈的每一部分为5圈。

由于充电电压是充电整流电压累加在24V 基础上的，并且充电线圈和输出线圈工作方式相同，则充电电压=Vout+ V charge =24V+ V charge =2*(12V+1.7V)+0.7V=28.1V,则V charge =4.1V,则

V charge =[(V in

min -1)* Ncharge Np -V d ]* 0.8T T =[(100V-1V)* Ncharge Np -1]* 0.8T T =[99* Ncharge 14-1]* 0.8=4.1V ，则

N charge =0.87≈1圈，取N charge =1圈，验证V charge ，则V charge =[99* 114

-1]* 0.8=4.86V ， 则充电电压=24V+4.86V=28.86V ，比28.1V 稍微大一些，符合要求。N charge1=N charge2=1圈。

即初级线圈数N p =14圈（分两段绕线），次级Nm1=Nm2=5圈，充电N charge1=N charge2=1圈

输出为两个半波整流相加，即为全波整流。

第二，初次级和充电部分电流的计算

令初级电流脉冲等效的平顶脉冲峰值为I pft ，按效率80%计算，则

P in *80%=P out ，则P in =1.25*P out

P in =[V in(min)/2]*I pft*(0.8T/T)=1.25*P out ,则

I pft =3.13∗Pout

Vin （min ）=3.13∗480W 200V =7.52A ，则

初级有效电流Ip(rms)=I pft*√0.8T/T =7.52A*0.895=6.73A

次级有效电流Im(rms)=I out*√0.4T/T =20A*0.633=12.65A

充电电流Icharge 按1.5A 算，则

充电有效电流Icharge(rms)=I charge*√0.4T/T =1.5A*0.633=0.95A

第三，输出滤波电感L1和滤波电容的计算

输出必须在连续工作模式，就有一个最小输出电流Imin ，一般取Imin=(1/10)*Iout ，若Iout 比较大，可取Imin=(1/20)*Iout ，甚至更小（因为额定输出电流很大时，按照1/10的比例算，Imin 也会变大，这样在负载很轻或者临近空载之前，就已经进入了不连续模式，所以Imin 不能太大，应该减小Imin 的值，则相应的比例也就较小了，可取1/20甚至更小，做法是使电感量偏大些，冲击电流变小些，那么最小输出电流也就减小了，损耗也就减小了，不过这样反馈会变迟钝些），Iout=20A ，取Imin=(1/20)*Iout=1A ，则输出滤波电感为 L=0.05∗Vout∗T Imin =0.05∗24V∗13.61uS 1A =16.33uH

滤波电感斜坡电流的峰峰值dI=2* Imin=2A ，有效电流I 滤波(rms)=I out =20A

按纹波50mV 计算，则Vor=50mV=0.05V ，铝电解电容的R O C O 值范围为50*10^(-6)到80*10^(-6)，（R O 为等效串联电阻，C O 为电容值，R O C O 平均值为65*10^(-6)），取最大值80*10^(-6)计算，则