电感和反激变压器设计.doc

电感和反激变压器设计线）间隔为第六章节求得有效层厚度等于：参考图得到Q=/ △ =/= 以及 36 层，求得 Rac/Rdc=,Rac= Rdc x = x= Q （10） 计算线圈总损耗和温升 次级直流损耗：P2dc=lo2Rdc=102 x =次级交流损耗P2ac=l2ac2Rac= x =总的次级损耗—直流加交流P2=+=有效线圈高度可以增加次级线圈导线厚度，这样可以减 少直流损耗但因此 Q值较大，引起交流电阻增加，因而交 流损耗增加大于直流损耗的减少 初级直流损耗P1dc=I1dc2Rdc=22 x =初级交流损耗P1ac=I1ac2Rac= x =总的初级损耗—直流加交流P1=+=总的线圈损耗：Pw=+=因为磁芯仅20mW总损耗为在允许的绝对损耗 2W之内总线圈高度：++=,在可用的线圈高度之内在次级的卩H自感反射到初级为 170卩H（L仁n2L2）.根据第六章计算初级和次级之间的漏感，初级边近似为5卩H线圈间电容 50pF如果线圈交错结构，漏感要小一 半，但线圈间电容将增大加倍 交错结构将线圈分成两部分，每部分层数相等这将使初级和次级的 Rac/Rdc都减少到接近1，减少交流损耗，减少总功率损耗到。

次级铜的厚度增 加，可进一步减少损耗 5 .断续工作模式断续工作模式的波形如图所示根据定义，在每个开关周期的一部分时间总的安匝下降到零因此，断续模式在每个开关周期有三个不同的时刻： ton , tR和t0(图(b))随着tT,和tR也增加，负载增加，峰值电流 Ip，但t0减少 当t0为零时，进入临界连续模式(图(a))137进一步增加负载，进入连续模式因为控制回路特征突 然改变，可能引起不稳定，这是不希望的在断续模式中，在每个周期中，在导通期间存储的所有的能量在截止期间传输到输出磁能乘以频率等于输出功率Po=loUo所以，如果频率 f, L, Uo保持不变，LI1p2/2 也 不随Ui变，但仅正比于负载电流，而 I1p正比于负载电流的平方根在临界连续时输出最大功率以到达临界连续时正好达到短路允许峰值电流条件下设计电路，设计的匝比、占空度和电感量在峰值电流小于允 许峰值电流时，提供全部输出功率决不能脱离磁元件进行电路设计尤其在高频需要很少 次级匝数，选取匝数发生困难时设计理想的断续模式反激变压器的次级可能出现分数匝，例如匝，如果次级取整为 1匝或2匝，将引起损耗和成本的增加，可通过改变匝比和占 空度。

例19 断续模式电感设计举例1）决定反激变压器设计有关的参数 输入电压Ui : 28 ± 4V 临界模式（安匝） ISp 输出电压Uo： 5V满载电流Io : 10A I1 I2 短路电流Is : 12A电路拓扑：反激，断续模式tontof 开关频率f :100kHz满载T 设定的占空度D:24V,临界连续时（高 Ui） I1限定次级峰值电流I2p :45A（次级） IPI2限定次级电感 L2:卩H（D=, △ l=45A）最大损耗： 0 ton tR tO最大温升△ T: 40 C图安匝断续波形 冷却方式：自然冷却 2）初步计算：根据最小Ui（24V）和Uo以及设定的占空度临界连续决定匝比：nUiU'oD1D245614匝比n降低到4:1,而不是5:1,因为：（a）4:1比较接近；（b）峰值输出电流小了，减少输出电容的负担，以及 （c）初级开关的峰值电压减少了临界连续时占空度不再是 ，必须重新计算：D24U'on'oUiUn41D24平均电流求临界连续时次级峰值电流：138l2dcl2p1D242l2p2l2dc1D24所以，初级峰值电流限制设在稍微低于 临界连续模式次级电流从到零的斜率需要的电感值：LUo'tiUo'T1D24iH在计算损耗之前，必须决定最低电压 Ui最坏情况下直流和交流分量。

因匝比和占空度可能改变，为使线圈优化， 电流计算在以后进行3） 应用产品手册选择磁芯材料：磁芯材料：铁氧体 P类4） 磁芯工作的最大磁通密度和最大摆幅选用最大磁 通密度Bmax=（3000Gs）在电流断续模式中，根据定义每个开关周期度有部分时间电流为零所以，△ I总是等于Ip,并因为正比关系，△ B总是等于 Bp在低输入电压，当电流达到峰值短路电流限制时出现 △Bmax和Bmax如果磁芯受损耗限制，在 P类材料磁芯损耗曲线中，一般取损耗限制为100mW/cm3纹波频率为100kHz， 此决定了相应最大峰值磁通密度为 1100GS得到的峰值磁通密度乘以2获得峰值磁通密度摆幅为 2200GS,即因为在断续模式中，Bmax= △ Bmax,因而 Bmax也被限制在，接近饱 和因此，在 Bmax=时，相应于 △ l=l2p=46A5） 应用产品手册或面积乘积公式，粗选磁芯的形状和 尺寸选择EE型—ETD系列采用损耗限制面积乘积公式， △ Bmax=和K2=,需要面积乘积 采用ETD24磁芯尺寸，AP=（带骨架）：手册查得对于所选磁 芯的参数为： 有效磁芯截面积Ae=有效体积Ve=平均磁路长度le= 中柱直径D=窗口尺寸： 窗口面积Aw/AW =/宽度 bw/bW =/高度hw/hW =/ 平均匝长lav=6） 决定热阻RT和允许损耗，并将损耗分成磁芯和线圈 损耗。

磁芯手册得到热阻为 28C/W根据最大温升 △ T求得允许损耗为： Plim= △T/RT=40/28=因为小于第一步决定的绝对损耗 2W采用为允许损耗预计磁芯损耗：PC=p x Ve=100mW =350mW. 7)计算需要的次级电感 量的匝数：139N2LlmaxBmaxAe1021022匝N1N2n248匝因为N2取整下降到2匝，磁通密度摆幅成比例地大于初始假设： Bmax除以2得到峰值磁通密度摆幅，查磁芯损耗曲线，在 (1300GS)得到校正后磁芯损耗为 160mW/cm3乘以 Ve=,校正后的磁芯损耗为 560mW如果N2取整上升到3匝，磁芯损耗将大大减少，但线 圈损耗同时大大增加，而且磁芯窗口面积可能绕不下线圈8) 计算要求的电感量的气隙长度 (L —卩H;尺寸一cm):0N2AeL2(1Dcp)104 4(1)1049) 计算导线尺寸和线圈电阻：第5步获得窗口宽度 bw=,高hw=圈每端必须留 有爬电距离为线圈最小宽度为x =次级：Ui=24V, 1 —D24= 输出电流lo=12A峰值短路电流I2sp= 有效值电流I2=1D243l2p交流电流 l2ac=l22lo215A电流密度为 450A/cm2,次级导体截面积/450=。

导线直 径也可以用宽，厚铜带卷绕2匝2匝一2层包括的低压 层间绝缘总的线圈高度为两匝线圈的平均匝长为，线圈总长度为次级直流电阻为 RdclAIO计算交流电阻：1OOkHz时穿透深度 导体厚度为,Q=/ =,,查阅Dowell曲线，对于 0=和2层，Rac/Rdc〜 次级交流电阻 RacRdc如果线圈交错绕，次级夹在两半初级之间，如图所示，相当于次级分成两段，每段 1匝Q=时1层对应Rac/Rdc~此时次级交流电阻 RacRdc初级：Ui=24V, D24=O因次级和初级安匝总是相等的， 因此140初级峰值电流 I1pI2p/n/4 初级直流电流I1dcI1p 初级电流有效值 I1I1p 初级交流有效值I1ac2D2D32Io电流密度为450A/cm2,需要导线截面积为/450= , 4=导 线可采用的铜带，宽，8匝卷绕8层，每层有的低压绝缘，总的线圈高度为 8X (+)=平均匝长，总初级线圈长度为初级电阻为RdclAIO计算线圈的交流电阻：线圈如果不交错绕在纹波频率为1OOkHz时，穿透深度△ =, 8层，导线厚度用，则 Q=/ = 0 图查得Rac/Rdc =初级交流电阻为RacRdc如果交错绕，初级分成两半，每段 4层，Q=。

图查得Rac/Rdc =交错绕时初级交流电阻为Rac= Rdc= Q10)计算线圈损耗，总损耗和温升，采用交错结构： 次级直流损耗： P2dc=122x =次级交流损耗：P2ac=ISac2 x Rac=152X =总次级线圈损耗—直流加交流： P2=+=初级直流损耗：P1dc=I1dc2 x R1dc=x =初级交流损耗(Rac= Q ):P2ac=I1ac2 x R1ac=x =总的初级线圈损耗—直流加交流是： p仁+=总的线圈损耗：Pw=+=总的变压器损耗PT=Pw+PC=+=总的损耗在限制之内温升将为：骨架3层 1密尔绝缘 图交错反激线圈△ T=RTX PT=28X =27C线圈外包两层绝缘，总的线圈高度： ++=,在窗口高度之内初级对次级之间的漏感近似为 卩H线圈间电容近似为50pF如果线圈不交错，根据第六章式，漏感将增大一倍， 但线圈间电容减少一半。