移相全桥变换器参数设计

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）

输出最大电流：I max=50 A

整机效率：η≥90%

输出最大功率：P o=600W

开关频率：f=100kHz

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。

④变压器原边绕组导线线径和股数

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