高频隔离直流变换器

《高频电力电子电路》大作业题目:采用正激电路设计一个高频隔离直流变换器

题目：高频直流变换电路的设计

采用正激电路设计一个高频隔离直流变换器。

一．设计要求：

1．320~420V DC 输入，48VDC(20A)输出，fs=100kHz .

2．计算电路参数，依据参数选择主电路器件（半导体，磁性元件，电容），并绘出完整的主电路图。

3. 选择TI 公司相应PWM IC ：UC3845[1]，或SG3525[2]，或UC3875[3]，或UC3879[4]，或NCP1562[5]。设计相应控制电路。

二．设计步骤

本题要求320~420V 的直流输入，所以运用正激电路是不行的，单管的正激电路适用于低压输入。所以我们选择了双管正激电路来完成。

我们可以假设输入电压是400V ,电压波动值在320~420V 之间，输出电压为48V ，输出电流为20A ，输出功率是960W.

我们选择匝数比为0.45，则N2/N1=25:108. 2.1计算变压器的参数：

(1)确定最大磁感应强度

考虑高温时饱和磁感应强度B S 会下降，同时为降低高频工作时磁芯损耗，工作最大磁感应一般为2000-2500G S 。

(2)根据输出功率选择磁芯 面积乘积的粗略预算公式：

434

)(cm f

B K Po

AeAw AP ⨯∆⨯==

注：Ae ----磁芯有效截面积； Aw ----线圈窗口面积； Po ----输出功率(W)；

B ∆----磁通密度变化量(T)； f ----变压器工作频率（HZ ）；

k ----正激变化器中值为0.014； (3)计算副边匝数 周期5101

-==

f

T S ,最大占空比为0.45， t on =4.5×10-6S

计算输出电压加上满载时二极管和次级IR 压降：

V U 4.484.0480=+=

由电磁感应定律可得：

∆Φ=2'

0N T U

3.1510948.015.0105.4

4.48104.484

6

6'

02=⨯⨯⨯⨯=⨯∆B ⨯=∆Φ=---e A T U N (4)计算原边匝数

变压器输入输出电压关系式为：

1

2

0N N DU U i ⨯

= 所以 12

N N ≥ min

max '

0Ui D U

=

320

45.04

.48⨯≈0.336

由变压器的性质得：

2

1

N N n =

则 514.53.15144

4

.4821≈=⨯=

⨯=N n N 如果取5匝，将大大增加了伏/匝、磁感应变化量和磁芯损耗。如果取6匝，

减少了磁芯损耗，但是增加了线圈损耗。因为以上结果接近5匝，选取5匝。此时由N

D U U IN ⨯

=0,'D =0.4。

(5)副边电流有效值为：A =⨯=⨯=65.124.02002D I I

(6)原边电流有效值为：()A =+⨯⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯=463.405.011221N N I I

(7)选择线径：根据导线的电流密度J=4A/mm 2， 所以原边绕组所选截面积为：J I 1 =4.463/4=1.11575 mm 2 副边绕组所选截面积约为：J I 2 =12.65/4=3.1625mm 2

2.2计算电感参数：

由于是直流电感，r

I f D V L c on ⨯⨯⨯=*

其中0V V V inr on -=

inr

V V D 0

*=

, I C =D I -10

因此L=H =⨯⨯⨯μ4135

.04.13104

.0485

2.3计算电容参数：

fC

I

U π21

%10∆= 可得 所以 C = U f 0%12I

⨯∆π=

=⨯U f 0001.02.30I π400

01.096014.32203.0⨯⨯⨯⨯⨯

=24.8uf

2.4计算电阻参数：

Ω===4.220

48I V R

2.5下面计算二极管参数：

D1为整流二极管、D2为续流二极管。其所承受的电压为相等，为：

V N N V V in

4.13421

==

电流分别为：A =⨯==65.124.02001D I I D

A =⨯=-=5.156.020102

D I I

D

D3为复位二极管。其电流、电压如下

V V D 4003

=

A ==463.413

I I

D

2.6计算开关管参数：

设频率为100KHZ ，占空比为0.45，开关管Q1的开通和关断时间为

s T t on μ5.445.0== s 5.665.0μ==T t off

开关管关断时所承受的电压保持在输入电压的两倍，为96V 。 即 V V V V in q 800400221=⨯== 线圈电流即为变压器原边的电流，因此，

A ==65.1221

I I

Q

三 设计的电路图

因为考虑到高压输入，所以我们采用双管正激电路。 双管正激电路 ①适合高压输入

②Q1和Q2动作必须一致，否则不均压