半桥电路变压器设计.docx

1、半桥电路变压器设计 8A充电器设计实例设计一个功率变压器，用于33.3KHz的半桥电路，AC输入：90130V 180260V 输出：28V/8A 14V/0.1A步骤1：选择磁芯材料。设计中选择LP3(等同PC40)或同等材料的磁芯。步骤2：选择Bmax值。新康达公司的LP3材料100时饱和磁通密度为3900GS,这里选择800GS.50KHz以下时选1600GS 频率越高，该值越小，LP3数据在100KHz时取1000GS,对应的功耗是Pc=90kw/m3(80).而在100KHz取2000GS 对应的功耗是Pc=480kw/m3(80).步骤3：最大工作初级电流。 直流输入电压Vdc为最

2、小值时，开关管导通时间为半周期的80%，输入功率为Vdc与平均电流（0.8Ipft）的乘积，假设效率为80%（小于200khz的变换器都能达到此效率） Po=0.8 Pin ,则 Pin=1.25 Po=Vdc0.8 Ipft Ipft=1.56 Po/ Vdc=1.56*28*8/(90*1.4-20) =3.3A 假设脉冲等效为平顶波，其幅值Ipft是斜坡中点处的电流值。初级绕组每半个周期只承担一个平顶波Ipft，因此其占空比为（0.8T/2）T=0.4,所以电流有效值为 Irms= Ipft*D0.5=0.632 Ipft =2.08A步骤4：初次级线径的计算 电流密度取J=300A/c

3、m2,以保障线圈温升不大于25度，则初级需要的导线面积为 Sp= Irms/j=2.08/3 mm2=0.69 mm2 Rp= (Sp/)0.5=0.47mm 线径的选取应该比计算的略大，以上线径是否要调整还要看趋肤深度：原则上线径直径小于2倍的趋肤深度（因为直径大，交流电阻加大）=66.2/(f0.5) mm 25=70/(f0.5) mm 50(估算值) =75/(f0.5) mm 100 以=66.2/(f0.5) mm 25 计算，=70/(f0.5)mm=0.38mmm2=0.76mmdp= 2Rp=0.94mm 2 所以取双线并绕，每根线直径为0.5mm.类似的每个次级半绕组电流有

4、效值为 Is1rms= Idc1*D0.5=8*0.632A=5.06A S s1= Is1rms/j=5.06/3 mm2=1.69 mm2Rs1= (Ss1/)0.5=0.73mmDs1= 2Rs1=1.46mm 2所以取双线并绕，每根线直径为0.7mm.Is2rms= Idc2*D0.5=0.2*0.632A=0.12A S s2= Is2rms/j=0.12/3 mm2=0.04 mm2Rs2= (Ss2/)0.5=0.11mmDs2= 2Rs2=0.22mm 2取直径为0.3mm.步骤5：计算AP值, 选择磁芯和窗口面积. 在计算AP值之前，首先计算视在功率Pt值（只有推挽电路有效）

5、。 Pt=Pin+1.41P0=P0/n+1.41P0 只针对二次线圈具有中间抽头的全波电路,如果有多组输出，也是类似相加。 P=PO1(U)+PO2(U)+POn(U) 无论一次还是二次线圈，只要有中间抽头，系数U就为1.41 否则为1.如本例的半桥电路，初级没有中间抽头，系数为1，次级有中间抽头，系数为1.41.如果输出电压很低，就要考虑输出二极管的压降(Vd)。PO=(VO+Vd)IO下面计算AP值： AP=Aw*Ae=Pt*104/(Kf*Ku*BAC*F*J) cm4 Pt:视在功率（W） Kf:波形系数，取4 Ku:窗口利用率0.20.4 BAC:磁通变化量（T） F:频率（Hz）

6、 J:电流密度（A/CM2） AP=(28*8/0.8+1.41*28*8+1.41*15*0.1)* 104/(4*0.3*0.08*33.3*103*300) =6.2 cm4查表得EE4220或EER4220. Ae=2.33 cm2，Aw=2.66 cm2AP= Ae* Aw=2.33*2.66=6.19 cm4由表格参数得对应的功耗是Pc=10kw/m3(80)=0.01w/cm3磁芯损耗=6.19*0.01W=0.06W. 步骤6：初级线径圈数Np=Vdc*104/(Kf*Bac*f*Ae) =(1.41*90-20)* 104/(4*0.08*33.3*103*2.33) =42

7、.6 Ts 取42 TsVdc为加在线圈的电压。Kf为波形系数=4Bac单位为T（这里取0.08T）F为频率（Hz）Ae为磁芯面积（cm2）步骤6：次级线径圈数(中心抽头至两端)Ns1=Np*VS1/Vp =42*(28+1)/(1.41*90-20) =11.5Ts 取12 TsNs2=Np*VS2/Vp =42*(15+1)/(1.41*90-20) =6.33 Ts 取6 Ts输入滤波电容的计算： C=It/V (UF) I:负载电流（A) t：电容器所能提供电流时间（ms） V：允许的峰峰涟波值（V）电源总功率Pin=1.25P0(80%)=1.25*28*8=280W最低直流输入电压

8、Vin=180*1.4=252V I=Pin/Vin=280/252=1.1A假设所能允许的峰峰涟波值为30V，电容在每一半周要维持在电压单位。50Hz的交流线频率为10ms,则 C=It/V=（1.11010 -3）/30=366uf 取330uf 输出滤波电感设计： 铁粉心与MPP铁心一般的形状都为环行，由于具有以下的特性， 很适合做功率扼流圈 （choke） 1高饱和磁通量密度，Bsat可高达8000G。 2具有高能量储存容许能力。 3本身具有空气间隙，不需在铁心上切割间隙。 4有较多的尺寸大小可供选择。 L=Eout*Toff/(0.25*Iout) Toff=0.5(1-(Eout/

9、Ein)/FEout:滤波电感之后电压Ein：滤波电感之前电压Toff：最大的Toff发生在最大输入线电源下。此时开光管Ton在最小值。 0.25Iout ：为保持低电感器峰值与良好的输出涟波，建议I不超过 0.25Iout。 F：开关电源f(Khz) Ein一般等于2倍的 Eout Toff=0.5(1-0.5)/33=7.5us L=28*7.5/(0.25*8)=105uH计算LI 2 out的乘积:LI2=0.105*8*8=6.72使用Magnetics 公司的MPP铁心资料的图标法可得。注由图标查得铁硅铝70U,4-20如用较高导磁率的材料则绕圈数更少。计算圈数以获得所需之电感值。圈数可由下式计算求出：即第二列AL+-8%由此可得N=46T如想减少圈数，可采用高磁导率，如125U可得N=36T由导线尺寸表的8A电流的导线直径为AWG14.(电流密度为400）考虑到成本与趋肤效应最好有多股导线组成。输出电容计算： Cout=0.25*8/(8*33*103*0.1)=75UF经验上我们要取大一点，并联电容器可获得极低的ESR.