高頻變壓器計(jì)算(CCM模式)
反激式DC/DC變換電路
電路基本參數(shù):
Vo1=15V   Io1=0.4A
Vo2=-10V   Io2=0.4A
Vs=15V(范圍10V~20V)
Po=10W
設(shè)定參數(shù):
1.電路工作頻率(根據(jù)UC3843的特性,初步確定為50KHz),電路效率為G=75%
2.反激式變換器的工作模式CCM
3.占空比確定(Dmax=0.4)
4.磁芯選型(EE型)
設(shè)計(jì)步驟
(1)選擇磁芯大小
Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),選擇EE19磁芯
(2)計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間
Dmax=0.4,工作頻率fs=50KHz
ton=8us
(3)選擇工作時(shí)的磁通密度
根據(jù)所選擇的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T
(4)計(jì)算原邊匝數(shù)
Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16
(5)計(jì)算副邊繞組
以輸出電壓為15V為例進(jìn)行計(jì)算,設(shè)整流二極管及繞組的壓降為1V
15+1=16V
原邊繞組每匝伏數(shù)=Vs/Np=10/16=0.625V/匝
副邊繞組匝數(shù)Ns1=16/0.625=25.6,取整26
(6)計(jì)算選定匝數(shù)下的占空比;輔助輸出繞組匝數(shù)
新的每匝的反激電壓為:16/26=0.615V
ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us
占空比D=9.92/20=0.496
對于10V直流輸出,考慮繞組及二極管壓降1V后為11V
Ns2=11/0.615=17.88,取整17
(7)初級(jí)電感,氣隙的計(jì)算
在周期Ts內(nèi)的平均輸入電流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A
導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的平均值為Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A
開關(guān)管導(dǎo)通前的電流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A
開關(guān)管關(guān)閉前的電流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A
初級(jí)電感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH
氣隙長度Lg=(u0*Np^2*Ae)/Lp=0.19mm
(8)檢測磁芯磁通密度和飽和區(qū)間
計(jì)算磁心飽和邊界.計(jì)算交流磁通產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化幅值:
△Bac=(Vs*ton)/(Ae*Np)=(10*9.92)/(16*22)=0.282T
使用磁感應(yīng)強(qiáng)度與直流電有關(guān)的關(guān)系式計(jì)算直流成分Bdc
假設(shè)磁芯所有的磁阻都集中在氣隙中,顯然作為一個(gè)比較保守的結(jié)果,可求得一個(gè)較高的直流磁感應(yīng)強(qiáng)度.此近似值允許使用一個(gè)簡單的公式
Bdc=u*H=u0*Np*Ip1/(Lg*0.001)=0.142T
交流和直流磁感應(yīng)強(qiáng)度之和得到磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為
Bmax=△Bac/2+Bdc=0.141+0.142=0.283T<0.39T
(9)選擇導(dǎo)線
●初級(jí)電流有效值為:
Krp=0.667
Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp^2*1/3-Krp+1))= 1.96A,
選取電流密度為4A/mm2
則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)^1/2=0.792mm
選擇AWG20導(dǎo)線
注:由于高頻電流在導(dǎo)體中會(huì)有趨膚效應(yīng),所以在確定線經(jīng)時(shí)還要計(jì)算不同頻率時(shí)導(dǎo)體的穿透深度.公式:d=66.1/(f)^1/2.如果計(jì)算出的線徑D大于兩倍的穿透深度,就需要采用多股線或利茲線
考慮集膚效應(yīng), d=66.1/(f)^1/2=66.1/50000^1/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.792mm
則初級(jí)導(dǎo)線需要采用多股線并繞
AWG20導(dǎo)線的截面積為Sc=0.606mm2,采用AWG23導(dǎo)線雙股并繞截面積Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2
● 15V次級(jí)輸出電流峰值為:
Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.484A
有效值為Isrms1=Isp1*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]=0.731A
則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)^1/2=0.483mm
選擇AWG25導(dǎo)線
● -10V次級(jí)輸出電流峰值為:
Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.513A
有效值為Isrms2=Isp2*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]=0.745 A
則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(I/J)^1/2=0.487mm
選擇AWG25導(dǎo)線

◆◆◆磁芯及骨架分別采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR◆◆◆

高頻變壓器計(jì)算(DCM模式)
電路基本參數(shù):
Vo1=15V   Io1=0.4A
Vo2=-10V   Io2=0.4A
Vin=15V(范圍10V~20V)
Po=10W
設(shè)定參數(shù):
1.電路工作頻率(根據(jù)UC3843的特性,初步確定為50KHz),電路效率為G=75%
2.反激式變換器的工作模式DCM
3.占空比確定(Dmax=0.4)
4.磁芯選型(EE型)
設(shè)計(jì)步驟:
先選定一個(gè)工作點(diǎn)(即最小輸入電壓,最大占空比的情況):
(1)初級(jí)峰值電流
Ip=2 Po/(G*Vinmin*Dmax)=2*10/(0.75*10*0.4)=6.67A
(2)初級(jí)電感量
Lp=Dmax* Vinmin /fs*△Ip=0.012mH
(3)選擇TDK的鐵氧體磁芯PC40
其溫升100攝氏度時(shí)飽和磁通密度為390mT,取工作Bmax為220mT
AeAw=(Lp* Ip22 * 104/Bw*K0 *Kj)1.14
其中Bw=0.22,K0=0.4;Kj=395A/cm2 ;
計(jì)算得AeAw=0.118
選擇PC40EE19的磁芯,其AeAw=0.22*0.054=0.119cm4>0.118cm4
(4)計(jì)算氣隙
Lg=0.4Л* Lp*Ip2/Ae*Bmax2 =0.63mm
(5)變壓器初級(jí)匝數(shù)
Np=(Lp*Ip)*104/(Ae*Bmax)=16.54匝,取整16匝.
(6)變壓器次級(jí)匝數(shù)
設(shè)次級(jí)二極管壓降及繞線壓降為Vd=1V
15V次級(jí)繞組匝數(shù)Ns1=Np(Vo1+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=38.4, 取整38匝.
-10V次級(jí)繞組匝數(shù)Ns2= Np(Vo2+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax)=26.4, 取整26匝.
(7)導(dǎo)線線徑的選擇
斷續(xù)模式下Krp=1,選擇電流密度為4A/mm2
●初級(jí)有效電流Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp^2*1/3-Krp+1))= Ip*sqr (Dmax/3)=2.44A
可以得原邊導(dǎo)線直徑d=1.13*sqr(Irms/J)=1.13*sqr(2.44/4)=0.882mm
選擇AWG20#線
注:由于高頻電流在導(dǎo)體中會(huì)有趨膚效應(yīng),所以在確定線經(jīng)時(shí)還要計(jì)算不同頻率時(shí)導(dǎo)體的穿透深度.公式:d=66.1/(f)^1/2.如果計(jì)算出的線徑D大于兩倍的穿透深度,就需要采用多股線或利茲線
考慮集膚效應(yīng), d=66.1/(f)^1/2=66.1/50000^1/2=0.296mm,2*d=0.592mm<0.882mm
則初級(jí)導(dǎo)線需要采用多股線并繞
AWG20導(dǎo)線的截面積為Sc=0.606mm2,采用AWG23導(dǎo)線雙股并繞截面積Sc=0.3135*2=0.627mm2>0.606mm2
●15V次級(jí)峰值電流
Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.685A
有效值為Isrms1=Isp1*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]= Isp1*sqr ((1-Dmax)/3)=0.753A
則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(Isrms1/J)^1/2=0.490mm
選擇AWG25導(dǎo)線
●-10V次級(jí)峰值電流
Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.642A
有效值為Isrms2=Isp2*sqr[(1-Dmax)*(Krp^2*1/3-Krp+1)]= Isp2*sqr ((1-Dmax)/3)=0.734A
則導(dǎo)線線徑為:D=1.13(Isrms2/J)^1/2=0.484mm
選擇AWG25導(dǎo)線


◆◆◆磁芯及骨架分別采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR◆◆◆

按這個(gè)計(jì)算結(jié)果給變壓器廠做樣品,他們說是有一些問題,主要是繞線繞不下,是不是選的磁芯太小了?各位給個(gè)意見吧,急

"選擇PC40EE19的磁芯,其AeAw=0.22*0.054=0.119cm4>0.118cm4 "

你的選擇也太接近計(jì)算值了吧,我看到的變壓器,AeAw一般都大于計(jì)算值不少!

謝謝你的回復(fù),我現(xiàn)在覺得也是這個(gè)問題,考慮把磁芯加大一點(diǎn),選擇EE22的,正在計(jì)算

自己頂一下

你的CCM模式第8步第9步的u0是指什么呀,DCM模式下計(jì)算氣隙的公式中的Ip2,Bmax2都是指什么呀,是不是寫錯(cuò)了?還有在選擇原邊導(dǎo)線時(shí),單股繞制選擇AWG20,改為雙股為什么就選擇AWG23?

U0是磁導(dǎo)率,Ip2,Bmax2分別就Ip.Bmax的平方,最后一個(gè)問題是考慮趨膚效應(yīng)

最后一個(gè)問題的意思是剛開始根據(jù)導(dǎo)線直徑選擇AWG20,后來根據(jù)趨膚效應(yīng)選擇雙股線繞制,但為什么就把線型改為AWG23了呢,是根據(jù)什么改的線型,是只要雙股線繞制就比單股線繞制線型低三個(gè)等級(jí)嗎

根據(jù)截面積

根據(jù)你的計(jì)算,
Lp=37uH
Ipk=4.02A
Ae=0.22cm^2
Np=16T
B=L*I/(N*Ae)=0.42T
飽和了．你的圈數(shù)/圈比算法有問題．

我的意思是有什么具體的計(jì)算公式,我現(xiàn)在設(shè)計(jì)的變壓器原邊導(dǎo)線直徑為0.884mm,選用AWG19,經(jīng)過計(jì)算要選用雙股并繞方式,那應(yīng)該根據(jù)什么計(jì)算雙股并繞的導(dǎo)線型號(hào)呢

在CCM模式中計(jì)算次級(jí)峰值電流的公式對嗎?為什么還要乘以功率的比呢?

因?yàn)檫@是多路輸出的

ccm中采用這種方法來計(jì)算次級(jí)繞組匝數(shù):
"原邊繞組每匝伏數(shù)=Vs/Np=10/16=0.625V/匝
副邊繞組匝數(shù)Ns1=16/0.625=25.6,取整26 "
上式成立時(shí)已經(jīng)將其Dmax取到接近0.50,為什么不用DCM中計(jì)算匝數(shù)的方式呢?

"B=L*I/(N*Ae)=0.42T"
你理解錯(cuò)了,此式中的B準(zhǔn)確來說應(yīng)該是Bdc,且式中的I應(yīng)該是Ip1而不是Ip2

按我的公式計(jì)算了一個(gè)CCM的變壓器,你看看. 2762991250493808.doc

能請教一個(gè)問題嗎,我很急的,我要做一款變壓器,要求,輸入;13VAC-20VAC,輸出:  1組:12VDC-1.2A   2組:8VDC-2A,  頻率為33KHz, 半波整流,隔離變壓器,請幫忙設(shè)計(jì)規(guī)格,圈數(shù)和線經(jīng)好嗎,,謝謝了,!!!!

這樣設(shè)計(jì)也太搞笑了吧
DCM與CCM都沒多大區(qū)別了

謝謝指教,我會(huì)仔細(xì)看一下您的算法的:)

可采用EE20/20A  繞線槽寬:12mm   槽深:3.3mm
原邊繞組:0.1*45  14Ts
副邊:15V:0.1*15  33Ts
     10V:0.1*15  22Ts
損耗為:銅損0.35W 鐵損0.03W
氣隙0.32mm

(4)計(jì)算原邊匝數(shù)
Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16
中頻率f不要嘛 Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae*f)  能解釋下嗎