史上最清晰的正激磁性元件的設(shè)計(jì)

正激變換器磁性元件除了變壓器外，還有一個(gè)電感器，即扼流圈。一般的資料上都是從變壓器開始算起的，但本人認(rèn)為應(yīng)該從電感器開始算起比較好，這樣比較明了，思維可以比較清楚。因?yàn)檎ぷ儞Q器起源于BUCK變換器，而BUCK變換器，其功率的心臟是儲(chǔ)能電感，因此，正激變換器的功率心臟是扼流圈，而不是變壓器，變壓器只有負(fù)責(zé)變電壓，并沒有其它的功能，功率傳輸靠得是電感。當(dāng)然一般書上從變壓器算起，也未嘗不可，但這樣算，思路不是很明確，也不容易讓讀者理解。下面我演示一下我的算法，希望對讀者能有所幫助。

電感器的設(shè)計(jì)

首先，以濾波電感為研究對象，進(jìn)行研究。在一個(gè)周期中，開關(guān)管開通的時(shí)候，濾波電感兩端被加上一個(gè)電壓，其電流不是突變的，而是線性的上升的，有公式I=V*TON/L，這幾項(xiàng)分別表示電感電流的增量，輸入電壓，開通時(shí)間，電感量。而這個(gè)電壓是變壓器副邊放出的。在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，電感器以一個(gè)恒定的電壓放電，其電流即會(huì)線性的下降，同樣遵守這個(gè)公式，即I=Vo*TOFF/L，一個(gè)周期中，放電電流等于充電電流，所以上兩式相等，再用1-D代替TOFF，D代替TON，于是從上兩式中得到Vo=V*D。畫出電感兩端的電壓電流波形如下圖。

電感兩端電壓電流波形

上有電流波形，下為電壓波形。所以，我設(shè)計(jì)的第一步就是確定這個(gè)原邊電流的波形。

第一步，確定電感充電電壓值。首先，確定開關(guān)管開通的時(shí)候，加在電感器兩端的電壓V，這個(gè)電壓由設(shè)計(jì)者自己設(shè)定，選定這個(gè)電壓后，最大占空比D即確定了。

第二步，設(shè)定電感電流的脈動(dòng)值IR，不妨自己把電感電流的曲線圖畫出來，大概和上面的相似。然后再選定一個(gè)脈動(dòng)電流的值，即上升了的電流或是下降的電流的值。因?yàn)檩敵龉β屎洼敵鲭妷菏且阎?，那么平均電流值IO就是知道的。

第三步，根據(jù)上面的條件，確定這個(gè)電流的波形。要確定這個(gè)波形，要知道其峰值IP吧，上面的條件已經(jīng)足夠求出這個(gè)峰值了，有方程式IR/2+（IP-IR）=IO，解出IP=IO+IR/2

第四步，設(shè)定電感量。根據(jù)原邊電流的波形，算出電感量小CASE，L=V*TON/IR。這個(gè)公式理解吧，就和上面那個(gè)一樣的，不要說不理解啊。

第五步，確定此電流的效值IRMS，這一步用來確定線徑。注意，確定線徑用的是有效值，而不是平均值。這個(gè)電流波形的有效值公式是：IRMS=IP*根號下的〈（KRP的平方/3-KRP+1）*D〉+IP*根號下的〈（KRP的平方/3-KRP+1）（1-D）〉。這個(gè)公式推導(dǎo)需要積分比較繁難，我就不講了，大家記著用就可以了。算出了電流值后，就可以確定線徑了，要使有效值電流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米之間，這一點(diǎn)很重要，大家要切記啊。

以上幾步，就完成了電感器的設(shè)計(jì)，并且以上幾步，確定了一些重要的參數(shù)，這些參數(shù)將是下一步變壓器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

高頻變壓器的設(shè)計(jì)

總說：正激變壓器和反激變壓器是大的區(qū)別就是正激變壓器是不要開氣隙的，要求其電感量盡量大。正激變壓器原邊也有電流，但這個(gè)電流不是其自己通過輸入電壓儲(chǔ)存來的，而是從副邊電感上感應(yīng)過來的，知道了這一點(diǎn)，正激變壓器就好設(shè)計(jì)了。

第一步，確定原邊匝數(shù)。；當(dāng)然首先自己要選一款磁芯啦.設(shè)原邊輸入最低電壓是VS，導(dǎo)通時(shí)間用TON表示，還要自己設(shè)定一個(gè)磁芯振幅，一般我是取0.2到0.25T,因?yàn)檎ぷ儔浩魇遣恍柚绷鞣至康?所以相比反激而言這個(gè)值可以取大些,原邊匝數(shù)NP=VS*TON/AE*B,其中AE是磁芯截面積.

第二步,確定副邊匝數(shù),因?yàn)樵陂_關(guān)管開通的時(shí)候,副邊要以V的電壓放電,而這個(gè)V值,上面已經(jīng)在設(shè)定開關(guān)管占空比的時(shí)候確定了,所以副邊匝數(shù)NS=NP*V/VS

第三步,畫出原邊電流波形,算出原邊電流波形的效值,從而確定線徑.如下圖所示,因?yàn)殡娏鞑ㄐ问菑母边吀袘?yīng)過來的,其波形就是電感電流波形開關(guān)管導(dǎo)通的那一部分.

這個(gè)電流的波形的峰值就是電感電流峰值除以匝數(shù)比,這個(gè)會(huì)算吧,于是這個(gè)電流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根號下的〈（KRP的平方/3-KRP+1）*D>然后根據(jù)這個(gè)電流值去選線,電流密度同上.

第四步,確定副邊電流的波形,求出副邊電流波形的有效值來.副邊電流的波形就是開關(guān)管開通時(shí)候電感電流的那一部分,這個(gè)波形和原邊電流的波形相似，因?yàn)樵呺娏鞯牟ㄐ尉褪怯蛇@個(gè)感應(yīng)過去的，我就不畫了,其有效值= IP*根號下的〈（KRP的平方/3-KRP+1）*D〉。依此去選線.

第五步,確定自饋電繞組,一般其和原邊同名端相反,利用磁復(fù)位放出電壓感應(yīng)出電壓來,我是這樣做的,還有一些其它的方案,各位高手自已研究吧.

以上就是我設(shè)計(jì)正激變換器磁性元件的全過程,一環(huán)扣一環(huán),緊密相連,我認(rèn)為思路還是比較清楚的,避免了煩雜的公式,化難為易,望同行們提點(diǎn)意見。