高频变压器计算步骤

高频变压器计算
(CCM模式)
反激式DC/DC变换电路
电路基本参数:
Vo1=15V Io1=0.4A
Vo2=-10V Io2=0.4A
Vs=15V(范围10V~20V)
Po=10W
设定参数:
1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75%
2.反激式变换器的工作模式CCM
3.占空比确定(Dmax=0.4)
4.磁芯选型(EE型)
设计步骤
(1)选择磁芯大小
Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择EE19磁芯
(2)计算导通时间
Dmax=0.4,工作频率fs=50KHz
ton=8us
(3)选择工作时的磁通密度
根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T
(4)计算原边匝数
Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16
(5)计算副边绕组
以输出电压为15V为例进行计算,设整流二极管及绕组的压降为1V
15+1=16V
原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16=0.625V/匝
副边绕组匝数Ns1=16/0.625=25.6,取整26
(6)计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数
新的每匝的反激电压为:16/26=0.615V
ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us
占空比D=9.92/20=0.496
对于10V直流输出,考虑绕组及二极管压降1V后为11V
Ns2=11/0.615=17.88,取整17
(7)初级电感,气隙的计算
在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A
导通时间内相应的平均值为Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A
开关管导通前的电流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A
开关管关闭前的电流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A
初级电感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH
气隙长度Lg=(u0*Np^2*Ae)/Lp=0.19mm
(8)检测磁芯磁通密度和饱和区间
计算磁心饱和边界.计算交流磁通产生的磁感应强度变化幅值:
△Bac=(Vs*ton)/(Ae*Np)=(10*9.92)/(16*22)=0.282T
使用磁感应强度与直流电有关的关系式计算直流成分Bdc
假设磁芯所有的磁阻都集中在气隙中,显然作为一个比较保守的结果,可求得一个较高的直流磁感应强度.此近似值允许使用一个简单的公式
Bdc=u*H=u0*Np*Ip1/(Lg*0.001)=0.142T
交流和直流磁感应强度之和得到磁感应强度最大值为
Bmax=△Bac/2+Bdc=0.141+0.142=0.283T<0.39T
(9)选择导线
●初级电流有效值为:
Krp=0.667
Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp^2*1/3-Krp+1))= 1.96A,
选取电流密度为4A/mm2
则导线线径为:D=1.13(I/J)^1/2=0.792mm
选择AWG20导线
注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d=66.1/(f)^1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度,就需要采用多股线或利兹线
考虑集肤效应, d=66.1/(f)^1/2=66.1/50000^1/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.792mm
则初级导线需要采用多股线并绕
AWG20导线的截面积为Sc=0.606mm2,采用AWG23导线双股并绕截面积Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2
● 15V次级输出电流峰值为:
Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.484A
有效值为Isrms1=Isp1*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]=0.731A
则导线线径为:D=1.13(I/J)^1/2=0.483mm
选择AWG25导线
● -10V次级输出电流峰值为:
Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.513A
有效值为Isrms2=Isp2*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]=0.745 A
则导线线径为:D=1.13(I/J)^1/2=0.487mm
选择AWG25导线
◆◆◆磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR◆◆◆
高频变压器计算(DCM模式)
电路基本参数:
Vo1=15V Io1=0.4A
Vo2=-10V Io2=0.4A
Vin=15V(范围10V~20V)
Po=10W
设定参数:
1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75%
2.反激式变换器的工作模式DCM
3.占空比确定(Dmax=0.4)
4.磁芯选型(EE型)
设计步骤:
先选定一个工作点(即最小输入电压,最大占空比的情况):
(1)初级峰值电流
Ip=2 Po/(G*Vinmin*Dmax)=2*10/(0.75*10*0.4)=6.67A
(2)初级电感量
Lp=Dmax* Vinmin /fs*△Ip=0.012mH
(3)选择TDK的铁氧体磁芯PC40
其温升100摄氏度时饱和磁通密度为390mT,取工作Bmax为220mT
AeAw=(Lp* Ip22 * 104/Bw*K0 *Kj)1.14
其中Bw=0.22,K0=0.4;Kj=395A/cm2 ;
计算得AeAw=0.118
选择PC40EE19的磁芯,其AeAw=0.22*0.054=0.119cm4>0.118cm4
(4)计算气隙
Lg=0.4Л* Lp*Ip2/Ae*Bmax2 =0.63mm
(5)变压器初级匝数
Np=(Lp*Ip)*104/(Ae*Bmax)=16.54匝,取整16匝.
(6)变压器次级匝数
设次级二极管压降及绕线压降为Vd=1V
15V次级绕组匝数Ns1=Np(Vo1+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=38.4, 取整38匝.
-10V次级绕组匝数Ns2= Np(Vo2+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=26.4, 取整26匝. (7)导线线径的选择
断续模式下Krp=1,选择电流密度为4A/mm2
●初级有效电流Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp^2*1/3-Krp+1))= Ip*sqr (Dmax/3)=2.44A 可以得原边导线直径d=1.13*sqr(Irms/J)=1.13*sqr(2.44/4)=0.882mm
选择AWG20#线
注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d=66.1/(f)^1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度,就需要采用多股线或利兹线
考虑集肤效应, d=66.1/(f)^1/2=66.1/50000^1/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.882mm
则初级导线需要采用多股线并绕
AWG20导线的截面积为Sc=0.606mm2,采用AWG23导线双股并绕截面积Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2
●15V次级峰值电流
Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.685A
有效值为Isrms1=Isp1*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]= Isp1*sqr ((1-Dmax)/3)=0.753A
则导线线径为:D=1.13(Isrms1/J)^1/2=0.490mm
选择AWG25导线
●-10V次级峰值电流
Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.642A
有效值为Isrms2=Isp2*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]= Isp2*sqr ((1-Dmax)/3)=0.734A
则导线线径为:D=1.13(Isrms2/J)^1/2=0.484mm
选择AWG25导线
◆◆◆磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR◆◆◆。