30kHz高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)
在傳統(tǒng)的高頻變壓器設(shè)計(jì)中,由于磁心材料的限制,其工作頻率較低,一般在20kHz左右。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展,電源系統(tǒng)的小型化,高頻化和高功率比已成為一個(gè)永恒的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。因此,研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統(tǒng)體積,提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。本文根據(jù)超微晶合金的優(yōu)異電磁性能,通過(guò)示例介紹30kHz超微晶高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/177781.htm1、變壓器的性能指標(biāo)
電路形式:半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器原理見(jiàn)圖1:
工作頻率f:30kHz
變換器輸入電壓Ui:DC300V
變換器輸出電壓U0:DC2100V
變換器輸出電流Io:0.08A
整流電路:橋式整流
占空比D:1%~90%
輸出效率η:≥80%
耐壓:DC12kV
溫升:+50℃
工作環(huán)境條件:-55℃~+85℃
2、變壓器磁心的選擇與工作點(diǎn)確定
從變壓器的性能指標(biāo)要求可知,傳統(tǒng)的薄帶硅鋼、鐵氧體材料已很難滿(mǎn)足變壓器在頻率、使用環(huán)境方面的設(shè)計(jì)要求。磁心的材料只有從坡莫合金、鈷基非晶態(tài)合金和超微晶合金三種材料中來(lái)考慮,但坡莫合金、鈷基非晶態(tài)價(jià)格高,約為超微晶合金的數(shù)倍,而飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs卻為超微晶合金2/3左右,且加工工藝復(fù)雜。因此,綜合三種材料的性能比較(表1),選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs高,溫度穩(wěn)定性好,價(jià)格低廉,加工方便的超微晶合金有利于變壓器技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
表1(1)鈷基非晶態(tài)合金和超微晶合金的主要磁性能比較
磁心工作點(diǎn)的選擇往往從磁心的材料,變壓器的工作狀態(tài),工作頻率,輸出功率,絕緣耐壓等因素來(lái)考慮。超微晶合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs較高約為1.2T,在雙極性開(kāi)關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)中,磁心的最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm一般可取到0.6~0.7T,經(jīng)特別處理的磁心,Bm可達(dá)到0.9T。在本設(shè)計(jì)中,由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環(huán)境的原因,把最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm定在0.6T,而磁心結(jié)構(gòu)則定為不切口的矩形磁心。這種結(jié)構(gòu)的磁心與環(huán)形磁心相比具有線(xiàn)圈繞制方便、分布參數(shù)影響小、磁心窗口利用率高、散熱性好、系統(tǒng)絕緣可靠、但電磁兼容性較差。
3、變壓器主要參數(shù)的計(jì)算
3.1變壓器的計(jì)算功率
半橋式變換器的輸出電路為橋式整流時(shí),其開(kāi)關(guān)電源變壓器的計(jì)算功率為:
Pt=UoIo(1+1/η)(1)
將Uo=2100V,Io=0.08A,η=80%代入式(1),可得Pt=378W。
3.2變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力
變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力為:
Ap=(Pt•104/4BmfKWKJ)1.16(2)
式中:工作頻率f為30kHz,工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm取0.6T,磁心的窗口占空系數(shù)KW取0.2,矩形磁心的電流密度(溫升為50℃時(shí))KJ取468。經(jīng)計(jì)算,變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力AP=0.511cm4。
評(píng)論