移相全桥变换器设计
一、设计要求
输入电压：直流V in= 400V 考虑输入电压波动：385Vdc~415Vdc 输出电压：直流V out= 12V（稳压型） 整机效率：η≥90%
输出最大功率：P o=600W
开关频率：f=100kHz
高频
变压器参数
二、参数计算
①输入电流有效值
I in=P o
η⁄
V in
=
600
0.9
⁄
400
=1.67 A
考虑安全裕量，选择600V/10A的开关管，型号FQPF10N60C。
②确定原副边匝比n：
为了提高高频变压器的利用率，减小开关管电流，降低输出整流二极管承受的反向电压，从而减小损耗降低成本，高频变压器原副边匝比n要尽可能的取大一些；为了在规定的输入电压范围内能够得到输出所要求的电压，变压器的变比一般按最低输入电压V in(min)来进行计算。
考虑到移相控制方案存在变压器副边占空比丢失的现象，以及为防止共同导通，一般我们取变压器副边最大占空比是0.85，则可计算出副边电压V s： V s=V o+V D+V Lf
D sec (max)
=
12+1.5+0.5
0.85
=16.47V
其中V o=12V为输出电压，V D为整流二极管压降，取 1.5V，V Lf为输出滤波
电感上的直流压降，取0.5V。
匝比n：
n=N p
N s
=
385
16.47
=23.27
设计中取匝比n=23。
③确定匝数N p、N s
变压器次级绕组匝数可由以下公式得出：
N s=
U s
4f s B m A e
=
16.47
4×105×0.13×190×10−6
=1.66
取N s=2，本设计中，最大磁通密度B m=0.13T，磁芯选择PQ3535，A e= 190mm2。
变压器初级绕组匝数N p为：
N p=nN s=23×2=46
变压器副边带中心抽头，故匝数关系为：46 : 2 : 2。
由于导线存在肌肤效应，在选用绕组的导线线径是，一般要求导线线径小于两倍的穿透深度，穿透深度与温度频率有关，在常温下计算公式为∆=√2k
ωμγ
（其
中：μ为导线材料的磁导率，γ=1
ρ
）为材料的电导率，k为材料的电导率温度系数。
对应铜μ=μ0=4π×10−7H/m；20℃时ρ=0.01724×10−6Ω/m，电阻率温度系数为1/234.5（1/℃），k=1+（T−20）/234.5
本设计中频率为100kHz，所以穿透深度为：
∆=66.1
√f
=
66.1
√100×103
=0.209mm
所以选择绕组导线线径应小于2×0.209 = 0.42mm。
变压器原边电流最大值为:
i p(max)=
P o
ηV in(min)
=
600
0.9×385
=1.73A
取电流密度J=5A/mm2，则原边导线总截面为：S p=1.73
5
=0.346mm2。原边采
用0.4mm的线径，则每一股导线的线径为S=π×0.42
4
=0.126mm2，所以原边需
要的0.4mm导线的股数为：k1=0.346
0.126
=2.74，取3股。
⑤变压器副边绕组导线线径和股数
变压器副边采用全波整流，因此副边每组绕组的最大电流的有效值为：
I s=I o(max)
√2
⁄=
50
1.414
=35.36A
取电流密度J=5A/mm2，则副边导线的总截面为：S s=35.36
5
=7.072mm2，采用
0.4mm的线径，则每一股导线的线径为S=π×0.42
4
=0.126mm2，则副边需要的
0.4mm导线的股数为：k2=7.072
0.126
=56.12，取56股。
三、移相全桥其它方面的问题
①滞后桥臂不易实现软开关（ZVS）
移相全桥在工作过程中，由于原边的漏感和副边滤波电感的存在，原边开关
管超前臂很容易就能实现软开关（ZVS），滞后桥臂由于只有漏感的存在，不易
实现ZVS，但能实现滞后桥臂的低电压导通和ZCS，也能在一定程度上减小损
耗。要想实现滞后桥臂的ZVS，需增大变压器原边漏感，也可在回路中串入电感
来拓宽滞后桥臂ZVS范围。
②副边存在占空比丢失的问题
原边电流不足以给负载提供能量，副边整流二极管同时导通，其两端电压被
钳位到零伏，原边不能向副边供能，导致占空比丢失。
占空比丢失，减小了原边向副边传递能量的时间，为了达到要求的输出电压，必须在设计上较小变压器匝比n，然而减小变压器匝比会导致以下问题：1）原边电流增大，原边开关管的峰值电流增加，导通损耗增大。
2）副边整流管的耐压值增大。
原边的电感量越大，占空比丢失越严重，如果通过减小原边电感量的方法来减小占空比丢失，这样又会导致原边滞后桥臂丢失软开关（ZVS），两难！现在多采用饱和电感和辅助网络来缩短原边电流由正变负的时间，这样能大大减小变压器副边占空比的丢失。
③变压器原边存在直流偏磁的问题
在一个周期内，变压器励磁电感的正负伏秒积应该平衡，不然会导致变压器磁性饱和，导致发热。
由于元器件的差异以及在正负半轴导通时间不可能完全一样，因此，在变压器原边存在直流分量，不加处理的话，随着时间的累积，直流分量会越来越大，最终导致变压器饱和失效。
工程上，一般在变压器原边电路中串联隔直电容来阻断直流分量，隔直电容的选择标准：电容上的交流电压降约为本来变压器两端交流电压的10%。
四、样机板参数
五、样机板实物图
范先焱
2018.8.11
于西南交通大学
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