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大手解读高频逆变电源的计算方法

高频逆变电源的设计过程需要大量的计算,很多工程师都对此束手无策,本文就由大手为你总结高频逆变电源的计算要点,详细梳理和讲解高频逆变器的计算过程,下面请看计算步骤。

在进行计算之前,首先要明确单端正激式变压器工作与B-H曲线的第一象限,这个知识点必须搞清楚。

大手解读高频逆变电源的计算方法

图1 单极性开关电源变压器的激磁状态

通过对大量书籍的总结,高频变压器的计算方法其实大致包括两类,一类是面积乘积法,俗称AP法。另一类是几何参数法,俗称KG法。在《开关电源的原理与设计》这本书当中对这两种方法均有较为细致的讲解。在《变压器与电感器设计手册》这一书中讲解了几何参数法,并且有着细致的讲解。需要注意的是,国内的磁材特性、骨架尺寸误差以及漆包线规格与国外有偏差,所以计算的相对误差会偏大。

在《电子变压器手册》一书中,单端正激式高频变压器计算采用的是AP法。《精通开关电源设计》一书中针对单端正激式开关变压器采用的是AP法,同时刘胜利老师在该例子中采用的同样是AP计算方法。经过实际设计,基本验证了AP法在实际工程中的应用还是比较准确的,所以在下面的举例中,将同样采用AP法计算,计算过程中公式的应用通过理解与经验的结合而来。

计算高频变压器大致分为六个步骤。第一步:计算变压器的视在功率,根据视在功率选择磁芯材料,主要通过查找磁材规格手册获得磁材的特性参数。第二步:确定磁芯截面尺寸AP,根据AP值选择磁芯尺寸。第三步:计算原副边匝数。第四步:根据电流密度和原副边有效值电流求线径。第五步:计算铜损和铁损是否满足要求,也就是允许损耗和温升。第六步:校准计算参数,避免磁饱和现象发生,单端正激式变压器的计算步骤大致为上述步骤。这里参考刘胜利老师的计算步骤,张占松老师书籍中介绍的计算方法,以及电子变压器手册中的计算步骤。 

计算变压器的视在功率时,根据视在功率选择磁芯材料,主要通过查找磁材规格手册获得磁材的特性参数初步采用磁芯为EE型磁性,视在功率Pt=Po*(1/η+√2),其中η为变压器的传输效率定为90%电源的输出电压为±100V,输出电流为1A则输出功率Po=200W。计算视在功率Pt=200*(1/0.9+1.414)=274W,该公式取自张占松老师的《开关电源的原理与设计》,如图2所示。

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图2 视在功率与线路结构关系

得出视在功率后,接着就是查找磁芯尺寸与功率对照表,采用EE型磁芯,视在功率Pt为274W,工作频率暂定为100KHZ。需采用磁芯型号为EE42/42/15,其中第一个42是磁芯长度,第二个42是厚度,15是中心宽度,通过查找磁芯参数手册,以TDK的磁芯手册为例单位为(mm^2)。 


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图3 磁芯数据手册

其中Ae=178mm^2Aw=275mm^2,则Ap=(Pt*10^6)/(2*η*f*Bm*δ*Km*Kc)其中Bm为磁芯工作磁感应强度,单位G为线圈导线电流密度,通常取δ=2-3(A/mm^2)η为变压器效率。通常取0.8-0.9Km为窗口填充系数,一般取0.2-0.4Kc为磁芯填充系数。对于铁氧体,取Kc=1计算得Ap=0.74cm^4。

上文中总结了书籍中的高频逆变电源的计算方法,并以实践为出发点来进行了全面的分析。对于需要解决高频电源设计中计算问题的朋友来说是非常富有阅读价值的一篇文章。

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