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◆◆◆