單端反激式開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(2)

　　2．4 原邊電感量

　　原邊電感量為：

　　這個匝數(shù)計算出來為原邊最少匝數(shù)，取22匝。其中Bmax為磁芯飽和磁通密度(0．25 T)(選定磁芯后就已經(jīng)確定)。

　　2．6 副邊繞組匝數(shù)

　　副邊繞組匝數(shù)為：

　　這里取值690匝，UF為輸出整流二極管的導(dǎo)通壓降0．7 V。

　　對于多路輸出變壓器而言，先修改前面的輸出功率為各路輸出功率之和，帶入各路對應(yīng)的UO、UF的值即可計算出各路輸出的匝數(shù)。設(shè)計時，需要在變壓器引入反饋繞組來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定前端脈寬調(diào)制電路的占空比，反饋電壓為10 V，可以求得反饋繞組匝數(shù)為29．1匝，取整30匝。

　　2．7 繞組線徑和繞線方式

　　由電流密度定義可以求出繞線的最小線徑：

　　采用圓形導(dǎo)線，分別為原邊繞組電流2 A，電流密度500 A／cm2，截面積0．004 cm2，直徑O．07 cm；反饋輸出繞組電流0．5 A。電流密度500 A／cm2，截面積0．001 cm2，直徑0．035 cm；負載輸出繞組電流0．04 A，電流密度500 A／cm2，截面積0．000 08 cm2，直徑0．01 cm。

　　為了減小高頻干擾的影響，在計算繞組線徑時，電流密度K取值比計算面積時稍微小一點，取值500 A／cm2，以使得導(dǎo)線線徑在滿足繞組電流和功率的情況下選用細導(dǎo)線并繞的方式繞制原邊繞組，設(shè)計中采用O．025 cm線徑的導(dǎo)線，并繞線數(shù)，取3線并繞的方式繞制原邊線圈。

　　2．8 引入氣隙

　　單端反激式變壓器的設(shè)計和制作時必須引入氣隙，否則會出現(xiàn)磁芯飽和，本設(shè)計和制作選擇在所選EE系列磁芯兩邊墊磁性材料使磁回路加入適當(dāng)?shù)臍庀?，如圖3(b)所示。

　　式中，lg為氣隙長度(cm)、AL為磁芯無氣隙時的電感因數(shù)(nH／N2)，氣隙的位置安排在EE磁芯中是最好的，其氣隙是在磁組件里面被分開的，這樣可使邊緣磁通噪聲最小，這也是選擇EE磁芯作為開關(guān)變壓器磁芯的一個重要因素。

　　3 驗證設(shè)計

　　3．1 驗證最大磁感應(yīng)強度

　　驗證最大磁感應(yīng)強度是否是超過磁芯的允許值：

　　小于磁芯磁感應(yīng)強度最大值。當(dāng)原邊線圈流過峰值電流時，此時磁芯達到最大磁感應(yīng)強度。

　　3． 驗證趨膚效應(yīng)的大小

　　高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻電流通過導(dǎo)線時總是趨向于從表面流過，這會使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠高于銅電阻。由趨膚深度定義。其中，ε、F、K分別為趨膚深度、頻率、趨膚系數(shù)，K對于銅導(dǎo)線等于1。利用這個方法可以計算出運行在頻率為10 kHz時的最大導(dǎo)線半徑，可以得出最大導(dǎo)線直徑DAWG為1．3 mm；所有線徑都小于這個線徑。

　　由EE-25窗口尺寸和線徑尺寸計算可得表1如下。

　　導(dǎo)線采用漆包線，在計算每層匝數(shù)時在窗口高度兩側(cè)各預(yù)留0．15 cm的空間，且忽略包漆厚度，因為實際繞制時總比每層計算出來的可以繞制匝數(shù)要多一些。

　　繞組方式如圖4所示，其中絕緣層為0．015 cm，骨架厚度為0．1 cm，總厚度為O．1+O．025+O．Ol×7+O．035+0．015×10=0．38 cm，考慮到3個繞組之間的絕緣層厚度可適當(dāng)加厚，窗口寬度0．645 cm能夠繞下。

　　4 變壓器在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　將原邊繞組同名端串聯(lián)分壓電阻后接12 V直流電壓，并在同名端和開關(guān)管漏極之間加入RCD開關(guān)管保護電路，開關(guān)管柵極接PWM脈寬調(diào)制電路。脈寬調(diào)制電路是由變壓器輔助繞組的輸出整流電容Cf的正極性端引入的反饋電壓控制和調(diào)節(jié)的TL494基本電路組成。調(diào)節(jié)PWM輸出脈寬占空比為0．445，頻率為10 kHz的脈寬信號。變壓器次級繞組的輸出整流電容Co的正極性端，經(jīng)二次整流電路后輸出作為接近250 V高壓輸出端，作為絕緣電阻測試儀高壓電源。

　　5 結(jié)束語

　　設(shè)計開關(guān)變壓器，對于變壓器生產(chǎn)制作技術(shù)人員而言必須知道以下參數(shù)：磁芯型號、同名端、輸出功率、原邊繞組電感、工作頻率、原邊繞組匝數(shù)、輔助線圈匝數(shù)、原邊繞組線徑、反饋線圈線徑、輸出繞組線徑以及繞線方式和注意細節(jié)，但是詳細的參數(shù)列表可以方便變壓器制作完成后調(diào)試和修改。此外，變壓器的設(shè)計沒有固定的步驟可循，特別是磁芯的選擇，需要和磁芯技術(shù)人員進行溝通，單純的依靠公式選擇出來的磁芯的參數(shù)和實際的磁芯參數(shù)有較大的誤差，只有獲得了正確、準(zhǔn)確的磁芯參數(shù)，帶入這些參數(shù)設(shè)計出來的變壓器才會和實際性能接近。