【文章內(nèi)容簡介】 8 流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載。 當(dāng)晶體管 VT1 截止時(shí)，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得二極管 VD 導(dǎo)通，給輸出電容 C 充電，同對在負(fù)載 RL 上也有了電流IL。 由于隔離變壓器 T 除了具有初、次級 間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個(gè)小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值 [8]。 由于隔離變壓器 T 除了具有初、次級間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個(gè)小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值，這樣的設(shè)計(jì)便開關(guān)電源工作更安全。 開關(guān)晶體管的設(shè)計(jì) 如何選擇到性能參數(shù)合適的主開關(guān)與控制電路直接影響到變 換器的性能。 在這里需要清楚的是作為主開關(guān)的晶體管、 MOSFET、 IGBT 或晶閘管的性能均耐壓的上升而下降，因此在選擇耐壓時(shí)并不是超高越好，而是適可而止 [9]。 合理地選擇開關(guān)管的額定電壓直接影響著變換器的性能，通過了解主開關(guān)的電壓波形就可以比較準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)出主開關(guān)的電壓峰值。對于不同的電路拓?fù)浜筒煌目刂品绞?，要求開關(guān)管的額定電壓將不同。其輸入不同的電壓條件下開關(guān)管的額定電壓與電路拓?fù)浜涂刂品绞降年P(guān)系如下： 1. 交流電不帶有 PFC 功能。 橋式變換器： 400500V； 推挽式變換器： 800900V； 單端正 /反激式變換器： 600700V； 單端正激式變換器帶有有源箝位： 600V； 2. 交流電帶有 PFC 功能。 橋式變換器： 500600V； 推挽式變換器： 9001000V； 單端正 /反激式變換器： 800V； 單端正激式變換器帶有有源箝位： 800V； 3. 直流 48V 電壓系統(tǒng) 橋式變換器： 80V； 推挽式變換器： 200V； 單端正 /反激式變換器： 200V； 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 9 反激式開關(guān)電源的開關(guān)管額定電流的選擇：在交流電 220V 電壓應(yīng)用條件下，如果考慮電源電壓變化范 圍在 20%+20%。選擇開關(guān)管耐壓為600V 時(shí)，反激開關(guān)電源的最大占空比可以設(shè)置在 ，假設(shè)效率為 80%，電路工作在電流斷續(xù)模式，在這種工作狀態(tài)下，在開關(guān)管上每流過 1A 電流可以輸出 3032W 的輸出功率。如果設(shè)置最大占空比為 左右，則開關(guān)管上每流過 1A 電流可以輸出 2830W 的輸出功率 [10]。 考慮到開關(guān)管的導(dǎo)通電阻對效率的影響，應(yīng)該選擇開關(guān)管的額定電流達(dá) 到 實(shí)際 電流 峰值 的 34 倍， 如在 沒 有 PFC 時(shí) ，電 源電 壓 為220*(1177。20%)V，這樣設(shè)計(jì)就沒有帶 PFC 時(shí)優(yōu)化。 在單端反激式變換器電路中。 所使用的開關(guān)晶體管必須符合兩個(gè)條件，即在晶體管截止時(shí)，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時(shí)，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時(shí)所承受的 尖峰電壓 按下面的公式31 進(jìn)行計(jì)算： m ax m ax1 inCE VV ?? ? （ 31） 公式中， Vin 是輸入電路整流濾波后的直流電壓， δmax 是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時(shí)間與晶體管的一個(gè)工作周期 (導(dǎo)通時(shí)間十截止時(shí)間 )之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對地低一些 ，一般要低于 50％，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般取 0． 4 左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓。因此，在單端反激式變換器電路設(shè)計(jì)中，晶體管的工作電壓一般在 800V 以上，通常按 900v 計(jì)算可安全可靠地工作。 按如下粗算考慮：交流輸入電壓 180— 260V，取 260V， 260v 乘以(有效值 )，即是整流后的直流電壓 V*2601. 4＝ 354V， 360V 再乘以 得 800V，實(shí)際取 900V 即可。 第二個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須滿足晶體管在導(dǎo)遏時(shí)的集電極電流的需求，如公式 32。 LC II n? （ 32） 公式中的 Il 是變壓器初級繞組的峰值電流，而 n 是變壓器初級與次級間的匝數(shù)比。為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電懾峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量可用下式 33 表示： 22Lout LIP T ?? （ 33） 公式中， η是變換器的效率。 略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表 達(dá)的晶體管工作電流的公式為 34： 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 10 max2 outCinPI n??? （ 34） 變壓器繞組的設(shè)計(jì) 由于在單端反激式變換器電路中，變壓器初級繞組只在 B— H 待佐曲線 [磁滯回線 )的一個(gè)方向上被驅(qū)動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)注意不要使其飽和。在這里，我們只是強(qiáng)調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴(kuò)大其有效體積，傳輸變壓器有效體積 v 的計(jì)算公式如下 35： 20 m a x2m a xeLILV B??? （ 35） Ilamx：最大負(fù)載電流 。 L：變壓器次級繞組的電感量； U0：空氣的導(dǎo)磁率。其值為 15。 Ue：所選磁芯的磁性材料的相對導(dǎo)磁率 。 Bmax：磁芯的最大磁通密度。 相對導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高，選擇磁芯的形狀時(shí)，需要綜合考慮應(yīng)用要求、磁芯的成本、變壓器的制作成本、工作溫度、電磁干擾。 在選擇磁芯尺寸時(shí)，通常只能作一個(gè)大致優(yōu)估計(jì)，最終的產(chǎn)品將根據(jù)樣機(jī) 的實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，幾乎每一個(gè)磁芯制造廠都會(huì)給出選擇磁芯尺寸的方法，以方便用戶選擇，選擇磁芯最常用的方法是：圖表法和面積乘積法，這章就不作介紹。 本文結(jié)合具體例子，在經(jīng)典書籍基礎(chǔ)上，提供了更簡潔明了的反激變壓器設(shè)計(jì)方法。并對較難理解部分做了詳細(xì)解釋。 設(shè)計(jì)初始條件 ：輸入電壓范圍： AC 85265V 項(xiàng)目特色：低成本、高交叉調(diào)整率。實(shí)現(xiàn)該特色關(guān)鍵在于反激變壓器設(shè)計(jì)。在開關(guān)管開通時(shí)，原邊電流不斷上升，在 Ton 結(jié)束時(shí)至峰值 Ip，這個(gè) Ip 在開關(guān)斷開的瞬間，會(huì)被傳遞到副邊。最初傳遞到副邊的電流在副邊的分配原則 是：大多數(shù)會(huì)傳遞到漏感最小的那一路輸出。如果這一路沒有用做開關(guān)管 PWM 的反饋控制，它的峰值就會(huì)很高。調(diào)試中通過對該路增加副邊小電感來控制開關(guān)關(guān)斷期間副邊調(diào)整率的變化率，從而實(shí)現(xiàn)了較高的交叉調(diào)整率。 變壓器設(shè)計(jì)參數(shù) ：設(shè)計(jì)前先要確定參數(shù)：磁芯，預(yù)設(shè)頻率，最大占空比，輸入輸出參數(shù)，預(yù)估效率（用于估算輸入平均電流），設(shè)計(jì)中參數(shù)初哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 11 選如下： 磁芯采用 NICERA FEER28L(詳細(xì)選擇步驟參見 )， f＝ 90kHz，Dmax＝ ，最小輸入電壓 Vin＝ 110V，輸出折合到 5V 電流 10A，效率η＝ 75％ 。 計(jì)算變壓 器，一般選擇最低的交流輸入電壓，最大的輸出功率做為工作點(diǎn)，這個(gè)是最苛刻的一個(gè)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)步驟 ：根據(jù)法拉第定律，計(jì)算最低輸入電壓，最大負(fù)載條件的原邊乍數(shù)，如公式 36 所示： S onpac eVTN BA? ? （ 36） △ Bac=kBs(k=～ ). 在此取 k＝ ， Vs＝ 110V， ton＝ 5μS， △ Bac＝ ， Ae＝ 87mm2。代入得到 Np＝ ，取 28。 根據(jù)輸出輸入電壓計(jì)算副邊乍數(shù)，如公式 37 所示： (1 ): oSPPVDNN VD?? （ 37） 在此， Np=28， Vo=， D＝ ， Vp＝ 110V， 代入得： Ns＝ ?？紤]實(shí)際線路中， ＋ 12V 線圈接于 5V 整流管后，也就是 Dmax 大概為 。副邊伏秒值減小，增加了電能傳輸時(shí)間，利于變壓器工作。 確定開關(guān)開通工作時(shí)，直流成分 Idc 和交流成分 Iac 的大小， Idc 和Iac 的確定。通過調(diào)節(jié)氣隙大小來實(shí)現(xiàn)。選定原則：變壓器磁通在滿足△Bac+△ Bdc Bs，取 Iac 較小值，保證較小損耗的正常工作。 輸入整流器的選擇 整流器的作用是將電網(wǎng)的輸入的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，為使整流后直流電平滑，通常輸入整流器輸出端直接并聯(lián)濾波電容器，單向整流器濾波電路與波形的關(guān)系簡單， 當(dāng)輸入電壓為 2