【正文】 參考文獻(xiàn) 1.《 Unitrode Magics Design Handbook 》－ Magics Design for Switching Power Supplies Lloyd H. Dixon 2.《 Swiching Power Supply Design》 Abraham I. Pressman Second Edition McGrawHill 1998 3.《電力電子技術(shù)》丁道宏 航空工業(yè)出版社 1999 4. 《 Philips Magic Components》 1996 (Mannul) 。用一個實(shí)心銅導(dǎo)線次級，層的厚度與導(dǎo)體的厚度相同， . 次級每層銅厚度即銅帶厚度，則 Q＝ H/Δ =。這是因?yàn)榻涣麟娏鲀H流過每匝的外邊。銅帶的厚度大于穿透深度 Δ ，以降低直流損耗。帶寬 （整個線圈有效寬度） ,厚度。初級線圈總的交流損耗為 。因此 Rac＝ Rdc =。 在單層利茲線內(nèi)有 100根細(xì)導(dǎo)線，可以粗略看成為 10 10陣列。 單層的直流電阻 R cm l Ndc cp s? ? ? ? ? ? ?? ?/ . . .0 00061 6 1 15 0 0558 直流損耗為 I R Wdc dc12 21 35 0 0558 0 1? ? ?. . .。交流損耗太大。根據(jù)公式（ ）或 H d d d mm? ? ? ? ?0 866 0 866 0 75 0 75 0 86 0 607. / 39。在 繞一層共 15匝 線圈 ,最大帶絕緣的導(dǎo)線直徑為 。每層 1匝使得線圈厚度可能超過穿透深度 Δ ，這樣減少了直流電阻，而增加了交流電阻。初級電流均等地分配在兩個線圈中， 114 因?yàn)檫@樣能量傳輸最低。 交錯結(jié)構(gòu)使線圈分成兩段。由步驟 4決定的值，試算得到最好的選擇是 N1=15匝（變比 :1）。磁芯損耗 Pc=110 =840mW= 步驟 11：確定初級匝數(shù)。因?yàn)橐陨系慕Y(jié)果接近 2匝，選取 2匝。 .. . .??匝 如果取 1匝，將大大增加了伏 /匝、磁感應(yīng)變化量和磁芯損耗。磁通密度第二次迭代） Δ B=2 800Gs=1600Gs=（ 相同損耗，單向磁化磁通密度加倍） 額定磁通 Δφ ＝ Δ B Ae 步驟 9：根據(jù)電磁感應(yīng)定律計(jì)算次級匝數(shù)： U T No S39。將其加倍獲得損耗限制峰值磁通密度變化量Δ B: 在圖 131mW/cm3→ ,頻率 200kHz→ 。 （如果按照 ，線圈溫升超過 40℃。因此平均匝長為 π (+)） 步驟 7：由手冊或由使用的 EC和 ETD系列磁芯窗口面積獲得熱阻： （或參照 Magics公司提供的熱阻值） RA cmE W? ? ? ?80022 36189 192( )℃ /W 根據(jù)最大溫升 Δ T， 計(jì)算允許的損耗： P T R WTlim / / .? ? ?? 40 19 2 1 因?yàn)樯儆诓襟E 1的絕對允許損耗 ，允許損耗取 。 Ve=。這里第一次選擇磁通密度擺幅） 步驟 6：對于選定的磁芯，查閱手冊得到 有效截面積，體積，有效磁路長度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，由生產(chǎn)廠提供的手冊數(shù)據(jù)，假定選擇磁芯尺寸 ETD34(AP=)。比損耗為 100mW/cm3 對 應(yīng) 磁 通 密度擺幅為。 n NN UU io? ? ? ?12 425 4 7 839。與極限值有 5％的余量） 額定 UiD:： UiminDmax（ =42V，當(dāng)輸入電壓變化時，初級伏秒不變。 112 例 16 步驟 1：確定變壓器設(shè)計(jì)的電源參數(shù)： Ui范圍： 100～ 190V；（ 可以用額定電壓正負(fù)公差表示 ） 輸出： 5V,50A；（ 輸出功率 250W，有時輸出有一定調(diào)節(jié)范圍或多路輸出 ） 開關(guān)頻率 fs： 200kHz； （即變壓器頻率，根據(jù)使用的器件，磁芯材料，效率決定） 最大損耗（絕對）： 。 下面以設(shè)計(jì)一個正激變壓器為例說明變壓器設(shè)計(jì)步驟。盡管前面指出了若干預(yù)測的方法，磁芯、線圈的決定是一個迭代過程。有許多設(shè)計(jì)變壓器方法，目前也有設(shè)計(jì)軟件。 變壓器設(shè)計(jì)基本步驟 下面通過一個典型的例子，來說明設(shè)計(jì)一個開關(guān)電源功率變壓器的過程。高頻時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工作頻率，和允許的磁芯比損耗為 100～ 200mW/cm3，在材料的損 耗曲線上查得允許的工作磁通密度擺幅 Δ B。 工作頻率在 50kHz以下，電流密度為 4A/mm2,Bmax=，半橋和全橋的磁芯尺寸與頻率、輸出功率關(guān)系如表 。如果輸出相同的功率，半橋初級比全橋?qū)Ь€截面積大一倍，因此半橋和全橋初級線圈所占窗口面積是相同的。 111 半橋變壓器初級線圈正向和反向?qū)ΨQ流過電流，初級電流有效值為 I I Idc dc? ?0 8 0 894. . 或 I Idc?112. () 則輸出功率 P U I D U I U Io i i d c i i? ? ? ? ? ? ? ?? m i n m i n m i n. . . . .2 0 8 0 8 0 5 1 12 0 358 () 而初級線圈銅面積為 A A N AW i1 1 102? ?. 或 A ANi W1 102? . () 于是 I A j jANrms i W? ?1 10 2. () 變壓器初級電壓 U1=Ui/2,根據(jù)電磁感應(yīng)定律得到 U N A BD T fN A Bi e emin m a x m a x/? ?2 2 101 1? () 式中 Δ B=2Bmax， Dmax=。線圈銅充填系數(shù)為 。 3．半橋和全橋輸出功率 仍然假 定在最低輸入電壓時，最大占空度為 ，晶體管最大導(dǎo)通時間為 。 但應(yīng)當(dāng)注意，推挽磁芯雙向磁化，每周期磁化經(jīng)過整個磁化曲線，低頻時損耗至少增加一倍，銅損基本不變。初級線圈的導(dǎo)線尺寸也是相同的。這是很 容易理解的：初級每邊線圈承受與正激相同的輸入電壓，但推挽磁通擺幅是 2Bmax。初級有兩個線圈，由式 ()有 A A N AW i1 1 102 2? ?. 或 A ANi W1 101? . （ ） 式中符號同正激變換器。初次級電流密度相同。同時初級電流的有效值與平均值的關(guān)系 I Idc?158. 。 2． 推挽拓?fù)漭敵龉β? 推挽功率實(shí)際是兩個正激變換器組合而成的。實(shí)際功率要乘以 2Δ B/ 。也可以根據(jù) Po,工作頻率 (f)直接由表 。Ae， AW (cm2)； f(Hz)。令磁芯 窗口面積，初級線圈面積，所有次級線圈面積和初級 1匝線圈截面積分別為AW， A1， A2和 A1i(cm2)。將式（ ）代入到式()中得到 P U I IN A B f N B A fIo i e e r m s? ? ?0 506 0 506 0 4 1 2651 1. . . .m i n m a x m a x () 若假定初級和所有次級線圈的電流密度相同。代入 ()得到 P U I U I U Io i dc i i? ? ? ?0 32 0 32 1 58 0 506. . . .m i n m i n m i n () 由電磁感應(yīng)定律得到 U N A BTi e on? 1 ? () 其中 Ui－變壓器初級電壓 (V)； N1－變壓器初級匝數(shù)； Ae－磁芯的有效截面積 (m2)； Δ B－在導(dǎo)通時間內(nèi)磁通密度擺幅(T) ； Ton －導(dǎo)通時間（ S）。正激變換器的最大占空度應(yīng)當(dāng)小于 。如 忽略磁化電流，初級電流峰值為 Ii= Io/n。 1． 正激變換器 正激電路和初級電流波形如圖 。如果頻率超過 50kHz， 按工作頻率在磁芯損耗曲線上按 100～ 200mW/cm3選擇磁通密度擺幅 Δ B。鐵氧體在 100℃時飽和磁通密度在 ，當(dāng)磁通密度大于 時，磁場強(qiáng)度明顯增加，即磁化電流迅速增加，使線圈損耗增加。線圈的電流密度為 4A/mm2。線圈骨架的窗口充填系數(shù)為 。如果能根據(jù)輸出功率立即給出磁芯尺寸，當(dāng)然最為方便?；蚶镁€圈電阻的正溫度系數(shù)，測量熱態(tài)線圈電阻，計(jì)算出線圈平均溫升。 這樣初始估算磁芯尺寸不是很精確，但可減少試算的次數(shù)。在低頻時，飽和限制磁通密度最大擺幅，而在 50kHz（鐵氧體）以上，磁芯損耗通常限制了 Δ B。 以下公式提供一個面積乘積的粗略預(yù)計(jì)： AP A A PK Bf cme W O T? ? ??? ????4 3 4/ （ ） 其中 Po－輸出功率 (W)； Δ B－磁通密度變化量 (T)； fT－變壓器工作頻率 (Hz)； K－ （正激變換器，推挽中心抽頭），－ （全橋，半橋）。例如一個球體，體積是隨半徑的立方增長，而表面積隨半徑的平方增長。磁芯處理功率的能力并不是隨面積乘積或磁芯體積線性變化的。它是磁芯截面積與線圈有效窗口面積的乘積。這是，只能根據(jù)使用要求，應(yīng)用一些基本知識找到相應(yīng)的磁芯。 磁芯尺寸 A．面積乘積法 有經(jīng)驗(yàn)的磁設(shè)計(jì)者決定 磁芯的尺寸并不困難的。 環(huán)形的最大問題是繞線困難， 1匝次級如何均勻分布在整個磁芯上？自動繞線機(jī)事實(shí)上是不可能的。因?yàn)闆]有線圈端部，沒有爬電距離的要求（但有引出線問題）。 環(huán)形磁芯固有的圓形磁路，應(yīng)將線圈均勻繞在整個磁芯上。它們比 EE型更大的窗口，可以用更粗的導(dǎo)線和更多的匝數(shù)。 UU型和 UI型主要用在高壓和大功率 水平。中柱長，漏感最小。并因此在給定輸出功率下體積最小。 PQ型具有最佳的體積與輻射表面和線圈窗口面積之比。可以用帶有中心孔的 RM磁芯，通過中心孔插入磁棒調(diào)節(jié)電感量，調(diào)節(jié)范圍可達(dá) 30％。 RM型 108 磁芯有兩種結(jié)構(gòu)：有中心孔和沒有中心孔。 RM和 PM磁芯是罐（ P）型和 E型磁芯的折衷，比罐型更大的出線窗口和好的散熱條件，因而可傳輸更大的功率。如果將兩副 EE型磁芯合并作為一體使用，傳輸功率甚至可達(dá) 10kW。 EC,ETD磁芯的中柱圓形截面與 EE型相同矩形截面積時，圓形截面每匝線圈比矩形短大約 11％，即電 阻少 11％，線圈損耗和溫升也相應(yīng)降低。開放式的窗口沒有出線