高频变压器计算步骤

1、.高频变压器计算(CCM模式) 反激式DC/DC变换电路 电路基本参数: Vo1=15V Io1=0.4A Vo2=-10V Io2=0.4A Vs=15V(范围10V20V) Po=10W 设定参数: 1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75% 2.反激式变换器的工作模式CCM 3.占空比确定(Dmax=0.4) 4.磁芯选型(EE型) 设计步骤 (1)选择磁芯大小 Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择EE19磁芯 (2)计算导通时间 Dmax=0.4,工作频率fs=50KHz ton=8us (3)选择工作时的磁通密度 根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T (4)计算原边匝数 Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16 (5)计算副边绕组 以输出电压为15V为例进行计算,设整流二极管及绕组的压降为1V 15+1=16V 原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16=0.625V/匝 副边绕组匝数Ns1=16/0.625=25

2、.6,取整26 (6)计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数 新的每匝的反激电压为:16/26=0.615V ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us 占空比D=9.92/20=0.496 对于10V直流输出,考虑绕组及二极管压降1V后为11V Ns2=11/0.615=17.88,取整17 (7)初级电感,气隙的计算 在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A 导通时间内相应的平均值为Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 开关管导通前的电流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A 开关管关闭前的电流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A 初级电感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH 气隙长度Lg=(u0*Np2*Ae)/Lp=0.19mm (8)检测磁芯磁通密度和饱和区间 计算磁心饱和边界.计算交流磁通产生的磁感应强度变化幅值: Bac=(Vs*ton)/(Ae*Np)=(10*9.92)/(16*22)=0.282T 使用磁感应强度与直流电有关

3、的关系式计算直流成分Bdc 假设磁芯所有的磁阻都集中在气隙中,显然作为一个比较保守的结果,可求得一个较高的直流磁感应强度.此近似值允许使用一个简单的公式 Bdc=u*H=u0*Np*Ip1/(Lg*0.001)=0.142T 交流和直流磁感应强度之和得到磁感应强度最大值为 Bmax=Bac/2+Bdc=0.141+0.142=0.283T0.39T (9)选择导线 初级电流有效值为: Krp=0.667 Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp2*1/3-Krp+1)= 1.96A, 选取电流密度为4A/mm2 则导线线径为:D=1.13(I/J)1/2=0.792mm 选择AWG20导线 注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d=66.1/(f)1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度,就需要采用多股线或利兹线 考虑集肤效应, d=66.1/(f)1/2=66.1/500001/2=0.296mm,2*d=0.592mm0.606mm2 15V次级输出电流峰值为: Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.4

4、84A 有效值为Isrms1=Isp1*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)=0.731A 则导线线径为:D=1.13(I/J)1/2=0.483mm 选择AWG25导线 -10V次级输出电流峰值为: Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.513A 有效值为Isrms2=Isp2*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)=0.745 A 则导线线径为:D=1.13(I/J)1/2=0.487mm 选择AWG25导线 磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR高频变压器计算(DCM模式) 电路基本参数: Vo1=15V Io1=0.4A Vo2=-10V Io2=0.4A Vin=15V(范围10V20V) Po=10W 设定参数: 1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75% 2.反激式变换器的工作模式DCM 3.占空比确定(Dmax=0.4) 4.磁芯选型(EE型) 设计步骤: 先选定一个工作点(即最小输入电压,最大占空比的情况): (1)初级峰值电流

5、Ip=2 Po/(G*Vinmin*Dmax)=2*10/(0.75*10*0.4)=6.67A (2)初级电感量 Lp=Dmax* Vinmin /fs*Ip=0.012mH (3)选择TDK的铁氧体磁芯PC40 其温升100摄氏度时饱和磁通密度为390mT,取工作Bmax为220mT AeAw=(Lp* Ip22 * 104/Bw*K0 *Kj)1.14 其中Bw=0.22,K0=0.4;Kj=395A/cm2 ; 计算得AeAw=0.118 选择PC40EE19的磁芯,其AeAw=0.22*0.054=0.119cm40.118cm4 (4)计算气隙 Lg=0.4* Lp*Ip2/Ae*Bmax2 =0.63mm (5)变压器初级匝数 Np=(Lp*Ip)*104/(Ae*Bmax)=16.54匝,取整16匝. (6)变压器次级匝数 设次级二极管压降及绕线压降为Vd=1V 15V次级绕组匝数Ns1=Np(Vo1+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=38.4, 取整38匝. -10V次级绕组匝数Ns2= Np(Vo2+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=26

6、.4, 取整26匝. (7)导线线径的选择 断续模式下Krp=1,选择电流密度为4A/mm2 初级有效电流Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp2*1/3-Krp+1)= Ip*sqr (Dmax/3)=2.44A 可以得原边导线直径d=1.13*sqr(Irms/J)=1.13*sqr(2.44/4)=0.882mm 选择AWG20#线 注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d=66.1/(f)1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度,就需要采用多股线或利兹线 考虑集肤效应, d=66.1/(f)1/2=66.1/500001/2=0.296mm,2*d=0.592mm0.606mm2 15V次级峰值电流 Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.685A 有效值为Isrms1=Isp1*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)= Isp1*sqr (1-Dmax)/3)=0.753A 则导线线径为:D=1.13(Isrms1/J)1/2=0.490mm 选择AWG25导线 -10V次级峰值电流 Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.642A 有效值为Isrms2=Isp2*sqr(1-Dmax)*(Krp2*1/3-Krp+1)= Isp2*sqr (1-Dmax)/3)=0.734A 则导线线径为:D=1.13(Isrms2/J)1/2=0.484mm 选择AWG25导线 磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR.

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