一文了解电源、整流与滤波电路

电工技术 2022-08-06

  对于单极性开关变压器,由于磁芯工作于磁滞回线的半区,所以磁芯损耗约为双极性开关变压器的一半。变压器总损耗为总铜耗与磁芯损耗之和。  

MOSFET 开关管工作的最大占空比 Dmax:

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式中:Vor 为副边折射到原边的反射电压,当输入为 AC 220V 时反射电压为 135V;VminDC 为整流后的最低直流电压;VDS 为 MOSFET 功率管导通时 D 与 S 极间电压,一般取 10V。

  变压器原边绕组电流峰值 IPK 为:

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  式中:η为变压器的转换效率;Po 为输出额定功率,单位为 W。

  变压器原边电感量 LP:

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  式中:Ts 为开关管的周期(s);LP 单位为 H。

  变压器的气隙 lg:

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  式中:Ae 为磁芯的有效截面积(cm2);△B 为磁芯工作磁感应强度变化值(T);Lp 单位取 H,IPK 单位取 A,lg 单位为 mm。

  变压器磁芯

  反激式变换器功率通常较小,一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯,其功率容量 AP 为

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  式中:AQ 为磁芯窗口面积,单位为 cm2;Ae 为磁芯的有效截面积,单位为 cm2;Po 是变压器的标称输出功率,单位为 W;fs 为开关管的开关频率;Bm 为磁芯最大磁感应强度,单位为 T;δ为线圈导线的电流密度,通常取 200~300A/cm2,η是变压器的转换效率;Km 为窗口填充系数,一般为 0.2~0.4;KC 为磁芯的填充系数,对于铁氧体为 1.0。

  根据求得的 AP 值选择余量稍大的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯,这样磁芯的窗口有效使用系数较高,同时可以减少漏感。

  变压器原边匝数 NP:

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  式中:△B 为磁芯工作磁感应强度变化值(T),Ae 单位为 cm2,Ts 单位为 s。

  变压器副边匝数 Ns:

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  式中:VD 为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。

  功率开关管的选择

  开关管的最小电压应力 UDS

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  一般选择 DS 间击穿电压应比式(9)计算值稍大的 MOSFET 功率管。

  绕组电阻值 R:

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  式中:MUT 为平均每匝导线长度(cm);N 为导线匝数;

  为 20℃时导线每 cm 的电阻值(μΩ)。

  绕组铜耗 PCU 为:

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  原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值 R 的公式求出,当求原边绕组铜耗时,电流用原边峰值电流 IPK 来计算;求副边绕组铜耗时,电流用输出电流 Io 来计算。

  磁芯损耗

  磁芯损耗取决于工作频率、工作磁感应强度、电路工作状态和所选用的磁芯材料的性能。对于双极性开关变压器,磁芯损耗 PC:

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  式中:Pb 为在工作频率、工作磁感应强度下单位质量的磁芯损耗(W/kg); Gc 为磁芯质量(Kg)。

  对于单极性开关变压器,由于磁芯工作于磁滞回线的半区,所以磁芯损耗约为双极性开关变压器的一半。变压器总损耗为总铜耗与磁芯损耗之和。