【正文】 134 損耗通常不重要。但是每個線圈電流受開關(guān)控制導(dǎo)通和截止，將能量由初級向次級傳輸，如圖 。在線圈中產(chǎn)生很大的交流分量，引起了明顯高頻線圈損耗。 次級電流的直流分量等于輸出電流，與 Ui無關(guān)。在低 Ui 時，初級直流和峰值電流以及總的電感電流達(dá)到最大。因此，在低 Ui時，是磁芯飽和和線圈損耗的 最壞情況。 此外，在高 Ui時，總電感電流交流紋波電流和磁芯損耗最大。但因為通常磁芯損耗對于連續(xù)工作模式可忽略，所以影響很小。 4. 連續(xù)模式電感設(shè)計舉例 例 18 (1) 決定設(shè)計反激變壓器有關(guān)的電源參數(shù)。 輸入電壓 Ui： 28177。 4V 輸出 Uo： 5V 滿載電流 Io： 10A 電路拓?fù)洌悍醇みB續(xù)模式 開關(guān)頻率 fs： 100kHz 設(shè)定占空度 D：在 28V輸入時 最大紋波電流 Δ I： 5A(次級 ),32V輸入 峰值短路電流 Isp： 25A(次級 ) 次級電感 L： H(D=, Δ I=5A) 最大損耗（絕對）： 最大溫升： 40℃ 冷卻方式：自然對流 (2) 初步計算： 根據(jù)式 ()，在額定 Ui =28V和設(shè)定的占空度為 匝比為： n UU D Dio? ? ? ? ? ? ? ?39。 . . .1 285 0 6 0 51 0 5 5 為了計算最壞情況－低 Ui損耗，應(yīng)首先決定低 Ui 時占空度 D、交流和直流分量。低輸入電壓時的占空度為： D nUU nUDoi o24245 5 0 624 5 5 0 6 0 5381 0 462? ? ? ?? ? ?? ?39。39。( . )( . ) .. 線圈取整后，占空度要相應(yīng)發(fā)生變化，電流推遲到后面計算。 (3) 用產(chǎn)品手冊選擇磁芯材料：磁芯材料為鐵氧體， Philips 3C90。 100℃時，飽和磁感應(yīng)為。 (4) 決定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通密度擺幅。 安匝 Ip Idc Iac Ia Ton T 安匝 Ia Iac Idc Ton T 圖 連續(xù)反激波形 135 電感安匝連續(xù)模式，飽和限制了最大磁通密度 Bmax＝ (3000高斯 )。因此，在峰值短路時 ,B將達(dá)到 Bmax。假定加了氣隙的磁芯的 B－ H特性線性度好， Δ Bmax與電流紋波（在 32V）將是： ? ?B B II TSpmax max . .? ? ?0 3 525 0 06 將峰峰值磁通密度擺幅除以 2是 （ 300高斯）。在 3C90材料磁芯損耗曲線上查 300高斯，紋波頻率 100kHz時比損耗近似為 。比經(jīng)驗值 100mW/cm3小得多，磁芯損耗可忽略不計。因此，在 ISp＝ 25A時達(dá)到 Bmax，而 Δ I=5A時 Δ Bmax僅為 。 (5) 應(yīng)用廠商提供的手冊或應(yīng)用面積乘積公式（式 ()）預(yù)選磁芯形狀和尺寸。 選取 Bmax=,反激變壓器 K1= AP LIB IKsp L? ???? ??? ? ? ? ????? ??? ??max/ /.. . .1 14 3 6 4 36 8 10 25 100 3 0 0085 0 58cm4 磁芯類型： EE磁芯系列－ 為 : 有效截面積 Ae： 體積 Ve： 磁路長度 le： 中柱直徑 Dc： 窗口尺寸（有骨架）： 窗口寬度 Aw： 高度 bw： 寬度 hw： 平均匝長 lav： (6) 決定熱阻 RT和允許損耗。把損耗分成線圈損耗和磁芯損耗。由磁芯手冊獲得熱阻 RT＝19℃ /W。根據(jù)最大溫升 Δ T的允許損耗為： Plim=Δ T(℃ )/RT=40/19= 因為這超過了設(shè)計要求的最大損耗 2W，就采用極限損耗 2W。 磁芯損耗： PC=p Ve= =20mW 因此，磁芯損耗可忽略。整個允許損耗可歸到線圈內(nèi)。 (7) 根據(jù)式 ()根據(jù)需要的電感量計算次級匝數(shù) (L－ μ H。尺寸－ cm)： N L IB A e2 210? ? ??? m ax ? ?? ? ? ??6 8 50 06 0 97 10 5 84 62.. . .匝 根據(jù)匝比求得初級匝數(shù)： N N n1 2 6 5 30? ? ? ? ?匝 (8) 根據(jù)式 ()要求的電感量所需的氣隙長度 (L－ μ H。尺寸－ cm)： ? ? ?? ? ?0 2 2 41 10N AL De cp( ) 136 ? ? ? ? ? ??4 10 5 0 976 8 1 1 08 10 0 087 2 4? ?. . ( . ) . cm (9) 計算導(dǎo)線尺寸和線圈電阻 由步驟 (5)得到窗口尺寸：窗口寬度 bw= ，高度 hw=。線圈每端需要的爬電距離 .，線圈有效寬度為 － 2 =。 次級－ Uo=24V,1D24=。計算個電流值 (式（ ， ， ） ) 輸出電流： Io=10A 平均峰值電流： I ID Aa o2 241 100 462 21 65? ? ? ?. . 電流有效值： ? ?I D I Aa2 24 221 14 7? ? ? . 交流電流： I I I Aac o2 22 2 10 77? ? ? . 次級是 6匝 6層銅帶，寬 ，厚度 ，卷繞。導(dǎo)體截面積為 =。電流密度為 650A/cm2－因磁芯損耗可忽略，銅損耗可大些，故電流密度可取高些。 6層包括低壓層間絕緣 ，總的線圈高度為 。平均匝長等于 。總的線圈長度為 。線圈直流電阻： R lAdc ? ? ? ?? 2 3 36 60 0225 0 0037. .. . ? 計算交流電阻：在 100kHz時 Δ ＝ 。銅帶的厚度 ， Q=。從圖 Dowell曲線 Q= 6層查得 Rac/Rdc近似 。 R Rac dc? ? ? ? ?1 6 0 0037 1 6 0 0059. . . .? ? 初級線圈－ Ui=24V， D=。由式（ ），（ ）， ()， (）計算初級電流。 因為初級和次級的平均安匝總是相等的，一起驅(qū)動電感磁芯。因此 平均峰值電流 I1a： I2a/n= 直流電流 Idc： D I1a= = 有效值電流 I1： D A? ?I1a2 318. 交流電流 I1ac： I Irm s2 1dc2? ? 2 16. A 峰值短路電流 I1sp： 25/n=5A 初級線圈 3匝利茲線，直徑 ， 3層，每層 10匝。利茲線 10匝能繞滿整個線圈寬度。3層初級的高度是 3 =。 利茲線是 150根直徑 。由 /cm，整個利茲線的比電阻再除以 150， 100℃時比電阻為 /cm。導(dǎo)線長度等于 30匝乘以平均匝長 30 =138cm。 初級線圈電阻： Rdc= 183= 為了計算交流電阻， 150股導(dǎo)線近似等效為正方形 12深和 12寬（ 12的平方 150根）的陣列。因此總的 30層導(dǎo)線（ 3層乘以 12）。 －中心的間隔等于線圈寬度除以 120（ 10匝利茲線乘以利茲線寬 12根 137 ）間隔為 。 由第六章 ： 0 83 0 83 0 0081 0 00810 0125 0 054. . . .. .d dS cm? ? ? 參考圖 Q=以及 36層，求得 Rac/Rdc=, Rac= Rdc = ＝ (10) 計算線圈總損耗和溫升 次級直流損耗： P2dc=Io2Rdc=102 = 次級交流損耗 P2ac=I2ac2Rac= = 總的次級損耗－直流加交流 P2=+= 有效線圈高度可以增加次級線圈導(dǎo)線厚度，這樣可以減少直 流損耗。但因此 Q值較大，引起交流電阻增加，因而交流損耗增加大于直流損耗的減少。 初級直流損耗（ Rdc=） P1dc=I1dc2Rdc=22 = 初級交流損耗（ Rac=） P1ac=I1ac2Rac= = 總的初級損耗－直流加交流 P1=+= 總的線圈損耗： Pw=+= 因為磁芯僅 20mW，總損耗為 損耗 2W之內(nèi)。 總線圈高度（包括 ）： ++=，在可用的線圈高度 之內(nèi)。 在次級的 H自感反射到初級為 170μ H(L1=n2L2). 根據(jù)第六章計算初級和次級之間的漏感，初級邊近似為 5μ H。線圈間電容 50pF。 如果線圈交錯結(jié)構(gòu)（相似于圖 ），漏感要小一半，但線圈間電容將增大加倍。交錯結(jié)構(gòu)將線圈分成兩部分，每部分層數(shù)相等。這將使初級和次級的 Rac/Rdc都減少到接近 1，減少交流損耗 ，減少總功率損耗由 。次級 銅的厚度增加，可進(jìn)一步減少損耗。 5．?dāng)嗬m(xù)工作模式 斷續(xù)工作模式的波形如圖 。根據(jù)定義，在每個開關(guān)周期的一部分時間總的安匝下降到零。因此，斷續(xù)模式在每個開關(guān)周期有三個不同的時刻： ton， tR和 t0(圖 (b))。隨著負(fù)載增加，峰值電流 Ip， tT,和 tR也增加，但 t0減少。當(dāng) t0為零時，進(jìn)入臨界連續(xù)模式 (圖 (a))。 138 進(jìn)一步增加負(fù)載，進(jìn)入連續(xù)模式。因為控制回路特征突然改變，可能引起不穩(wěn)定，這是不希望的。 在斷續(xù)模式中，在每個周期中，在導(dǎo)通期間存儲的所有的能量（ LI1p2/2）在截止期間傳輸 到輸出。磁能乘以頻率等于輸出功率 Po=IoUo。所以，如果頻率 f， L， Uo保持不變， LI1p2/2也不隨 Ui變，但僅正比于負(fù)載電流，而 I1p正比于負(fù)載電流的平方根。在臨界連續(xù)時輸出最大功率。 以到達(dá)臨界連續(xù)時正好達(dá)到短路允許峰值電流條件下設(shè)計電路，設(shè)計的匝比、占空度和電感量在峰值電流小于允許峰值電流時，提供全部輸出功率。 決不能脫離磁元件進(jìn)行電路設(shè)計。尤其在高頻需要很少次級匝數(shù)，選取匝數(shù)發(fā)生困難時。設(shè)計理想的斷續(xù)模式反激變壓器的次級可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)匝，例如 ，如果次級取整為 1匝或 2匝，將引起損耗和成本的增 加，可通過改變匝比和占空度。 例 19 斷續(xù)模式電感設(shè)計舉例 1） 決定反激變壓器設(shè)計有關(guān)的參數(shù)。 輸入電壓 Ui： 28177。 4V 輸出電壓 Uo： 5V 滿載電流 Io： 10A 短路電流 Is： 12A 電路拓?fù)洌悍醇?，斷續(xù)模式 開關(guān)頻率 f： 100kHz 設(shè)定的占空度 D： 24V,臨界連續(xù)時 限定次級峰值電流 I2p： 45A(次級 ) 限定次級電感 L2： H(D=,Δ I=45A) 最大損耗（絕對）： 最大溫升 Δ T： 40℃ 冷卻方式：自然冷卻 2) 初步計算： 根據(jù)最小 Ui(24V)和 Uo（ ）以及設(shè)定的占空度 ： n UU D Dio? ? ? ? ? ? ? ? ?39。 . . .1 245 6 0 51 0 5 4 28 4 匝比 n降低到 4:1,而不是 5:1,因為： (a)4:1比較接近； (b)峰值輸出電流小了，減少輸出電容的負(fù)擔(dān)，以及 (c)初級開關(guān)的峰值電壓減少了。臨界連續(xù)時占空度不再是 ,必須重新計算： D U nU U noi o24 5 624 5 6 4 0 483? ?? ? ? ? ? ? ?39。 39。 . . . 1 051724? ?D . 由平均電流求臨界連續(xù)時次級峰值電流： 臨界模式（低 Ui） (安匝 ) IS