正激变换器变压器以及输出电感的简单计算

对于之前我写的一篇《正激变换器变压器以及输出电感的简单计算》先作以下说明。
Vin:36V~75V
V out:5V
Io:10A
Fs:300KHz
1.此设计过程是基于DC模块电源的基础。在DC模块电源的设计中,我们需要考虑到铜
损对整个电源的效率以及热功的影响。因为一般输出电流都很大,所以,副边和原边要采用最小的匝比以及匝数
2.在进行原副边匝数的计算的时候,我们首先得假设一个占空比,这个占空比是正常输入
电压下,最大转换效率所对应的占空比,对于正激变换器,这个最佳点为0.5,也就是说占空比为50%。所以,当输入电压变化的时候,这个占空比是跟着变化的。举例,当输入电压为36~75V输入的时候,这个最大占空比发生在36V输入的时候,如果我们按照48V输入为0.5的话,36V输入就会高于0.5,此时,
对于正激变换器,为了取得最高的效率,拓补得使用有源钳位同步整流了。而我的分析也是基于这种拓补。此时,我们得考虑到磁芯的磁损,所以,我将48V输入对应的占空比往小于0.5的方向调整。
假定此时选择为0.45。
3.有了占空比,就可以依据公式
N=D*Vin/V o
得到,在48V输入时,最高效率对应的原副边的匝比N=4.32。此时,我们就面临着一个取舍了,对于模块电源,因为使用的是平面变压器,所以,原副边的匝比需要取为一个整数,这样的目的,是为了保证原副边的匝数为最小。(当然,在这点上面,有不少朋友是从副边匝数来推算原边匝数,这个在本质上是一样的,只是取值会有细微的差别。)所以,这里我们取匝比N=4。
4.有了这个N=4,就可以计算输入为36V时对应的最大占空比了。(之前写的那篇文章上
面有误,大家请见谅)根据公式
Dmax=N*V o/Vinmin
得到Dmax=0.56。Dmin=0.27。
5.有了Dmax,根据所选择磁芯的Ae值以及最大磁饱和强度Bs及开关频率fs,就可以计
算出原边的匝数Np,这里,DeltaB选择为0.6*Bs。我们选择EPCOS的N95材质,CORE 为EQ20的磁芯,它的Ae=61.2mm2,Al=5000nH/匝数的平方,Bs=0.41T(100°)。根据公式
Np=(Vinmin *Dmax)/ (Ae*DeltaB*fs)
得到原边匝数Np=4T。
这里需要说明一点,看到论坛里面有朋友说,正激的原边匝数与DeltaB是无关的。其实,我个人认为是相关的。正激的变压器是负责传输能量的,而这个能量的传输是基于一个磁场的。这个磁场就是由正激变压器的激磁电流产生的。在每一次传输能量的过程中,这个磁场都需要建立起来,而在每一次传输完成之后,这个磁场又需要复位到零,以便下一次磁场建立的时候不会有剩磁,不会发生磁场的累加。所以,正激才会有那么多磁场复位的方式。而磁场的建立是与激磁电流作用的结果。在磁场建立的过程中,B随着激磁电流的增加而增加(成正比关系),而激磁电流是随着导通时间的增加而增加,有关系式DeltaI=Vin*Delta-t/Lp,而Lp=Al*Np*Np,(Al是每匝线圈对应着的电感量,磁
芯选定,在不开气隙的情况下,Al也是固定的)所以,我们不难看出,随着Np的增加,DeltaB是逐渐减小的。而DeltaB的大小,对应着磁芯损耗的大小,同时,DeltaB又不能超过Bs,所以,我们在选择DeltaB的时候,综合考虑到磁芯的损耗,有一个0.6*Bs。
6.将Np=4带入Np=(Vinmin *Dmax)/ (Ae*DeltaB*fs)核算DeltaB=0.27T,可以接受。
7.有了N和Np,那么Ns也就出来了,刚好为1T。
8.原边电感量Lp=Al*Np*Np=80uH。
到此,变压器的关键参数计算已完成。实际在制作变压器的时候,还需要核算原副边的电流的有效值,从而计算线径的大小,这里,我就略去了。
9.现在开始计算副边输出电感。因为正激的副边可以看作是一个BUCK电路,而电感电流
最大值产生在续流的过程中,故,有公式
L=V o*(1-Dmin)/( DeltaIs*fs)
工程上,一般DeltaIs取值为0.2Io。所以,L=6.1uH。
10.  电容的计算我就不讲了,这个正如很多大侠说的那样,要综合很多参数,特别是ESR
和纹波电压以及纹波电流。
另外,需要说明的是,公式是死的,人是活的,对于变压器以及电感的参数,需要真正理解了他们的工作原理以及每一个过程,才能够运用自如。
Writed By Jimmy(shanghai)

本文发布于:2024-09-20 12:30:42,感谢您对本站的认可!

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