【文章內(nèi)容簡介】 8 流過，即沒有能量傳遞給負載。 當晶體管 VT1 截止時，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 導通，給輸出電容 C 充電，同對在負載 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，但在實際應用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，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，但在實際應用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值，這樣的設(shè)計便開關(guān)電源工作更安全。 開關(guān)晶體管的設(shè)計 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確地預計出主開關(guān)的電壓峰值。對于不同的電路拓撲和不同的控制方式，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撲和控制方式的關(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； 哈爾濱理工大學專科生畢業(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，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)管的導通電阻對效率的影響，應該選擇開關(guān)管的額定電流達 到 實際 電流 峰值 的 34 倍， 如在 沒 有 PFC 時 ，電 源電 壓 為220*(1177。20%)V，這樣設(shè)計就沒有帶 PFC 時優(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條件，即在晶體管截止時，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導通時，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時所承受的 尖峰電壓 按下面的公式31 進行計算： 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通的時間與晶體管的一個工作周期 (導通時間十截止時間 )之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應保持在相對地低一些 ，一般要低于 50％，在實際設(shè)計時，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)計中，晶體管的工作電壓一般在 800V 以上，通常按 900v 計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，實際取 900V 即可。 第二個設(shè)計準則是必須滿足晶體管在導遏時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。為了導出用變換器輸出功率和輸入電壓表達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。 略去推導過程，由輸出功率和輸入電壓表 達的晶體管工作電流的公式為 34： 哈爾濱理工大學專科生畢業(yè)論文 10 max2 outCinPI n??? （ 34） 變壓器繞組的設(shè)計 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 )的一個方向上被驅(qū)動，因此，在設(shè)計時注意不要使其飽和。在這里，我們只是強調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應用空氣隙來擴大其有效體積，傳輸變壓器有效體積 v 的計算公式如下 35： 20 m a x2m a xeLILV B??? （ 35） Ilamx：最大負載電流 。 L：變壓器次級繞組的電感量； U0：空氣的導磁率。其值為 15。 Ue：所選磁芯的磁性材料的相對導磁率 。 Bmax：磁芯的最大磁通密度。 相對導磁率從應盡可能選得大一些，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，需要綜合考慮應用要求、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，通常只能作一個大致優(yōu)估計，最終的產(chǎn)品將根據(jù)樣機 的實際測量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化設(shè)計，幾乎每一個磁芯制造廠都會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)計方法。并對較難理解部分做了詳細解釋。 設(shè)計初始條件 ：輸入電壓范圍： AC 85265V 項目特色：低成本、高交叉調(diào)整率。實現(xiàn)該特色關(guān)鍵在于反激變壓器設(shè)計。在開關(guān)管開通時，原邊電流不斷上升，在 Ton 結(jié)束時至峰值 Ip，這個 Ip 在開關(guān)斷開的瞬間，會被傳遞到副邊。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，從而實現(xiàn)了較高的交叉調(diào)整率。 變壓器設(shè)計參數(shù) ：設(shè)計前先要確定參數(shù)：磁芯，預設(shè)頻率，最大占空比，輸入輸出參數(shù)，預估效率（用于估算輸入平均電流），設(shè)計中參數(shù)初哈爾濱理工大學?？粕厴I(yè)論文 11 選如下： 磁芯采用 NICERA FEER28L(詳細選擇步驟參見 )， 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，這個是最苛刻的一個點。 設(shè)計步驟 ：根據(jù)法拉第定律，計算最低輸入電壓，最大負載條件的原邊乍數(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，增加了電能傳輸時間，利于變壓器工作。 確定開關(guān)開通工作時，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， 當輸入電壓為 2