高频开关电源主要磁性元件的设计.docx

《高频开关电源主要磁性元件的设计.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高频开关电源主要磁性元件的设计电力电子是基于大功率高频开关器件的一门应用技术，在电路中的电压电流频率很高，而磁性元件对频率非常敏感，这就导致在电力电子电路中所用的磁性元件不同于工作工频状态下的磁元件。例如，在高频开关电源中大量使用了各种各样的磁性元件，如输入/输出共模电感，功率变压器，饱和电感以及各种差模电感。为了适应高频的工作环境，这些设备需要不同的设计方法。1主变压器的设计A.设计原则对于高频开关电源的主要磁元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。主变压器的磁芯必须具备以

2、下几个特点：（1）低损耗；（2）高的饱和磁感应强度且温度系数小；（3）宽工作温度范围；（4）μ值随B值变化小；（5）与所选用功率器件开关速度相应的频响。变压器设计过程中，最困难的是热设计。变压器的产热与多方面的因素有关，如磁芯损耗，铜损等。开关频率增加，变压器的发热呈指数增加。若采用铁氧体磁芯，由于铁氧体的居里点较低，需对变压器磁芯作散热处理，工艺制作比较复杂。若散热处理不当，铁氧体磁材高温下易失磁，导致电路工作异常。若采用非晶做变压器，将工作ΔB由4000高斯提高到100007葛斯，开关器件的工作

3、频率则可以降到100kHz以下。非晶材料在16～100kHz频率范围内，损耗／Bs值最低，相应的变压器匝数及体积最小，发热量也较小，对提高整机效率，减小模块电源的体积有巨大帮助。在采用软开关控制技术的前提下，可以充分发挥IGBT的低导通压降，大电流，高耐压的优点，大幅度地提高电源的可靠性。B.磁芯的选择因为全桥变换器中的变压器工作在双端，对Br的要求不是很严格，它需要的是2Bm。但若选用高Br的磁芯，当电源功率较大时，容易产生饱和现象。为此，对于中、大功率的开关电源，主变压器选用饱和磁感应强度Bs高

4、、剩余磁感应强度Bs低的磁芯。虽然铁基非晶材料的饱和磁感应强度Bs高，但是由于铁基非晶材料的工作频率较低(<15kHz)，频率高时，损耗增加，故决定使用铁基超微晶中低剩磁的磁芯。（1）副边匝数的计算（1）(2)原副边匝比的选取（2）(3)窗口利用率的计算窗口利用率：（3）由于开关频率不算太高，变压器的绕制采用多股漆包线并绕，外包抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸的方式，保证绝缘等级。2输出电感的设计A.设计原则对输出滤波电感的磁芯主要要求有以下几点：(1)温度系数小，滤波电感的电感量随时间的变化

5、率应保持最小；(2)线性度好，在不同的工作电流下电感量的变化小；(3)滤波电感的电损耗和磁损耗低。B.磁芯的选择(1)匝数、气隙的计算电感定义式（4）上式中，Ac是铁芯的有效截面积。磁路欧姆定律（5）上式中，l0、lC是空气隙和铁芯的长度，μ0、μ。是空气和铁芯的磁导率。由(5)式可得：（6）(2)窗口利用率的计算窗口利用率：（7）在电力电子电路中所用的磁元件不同于工频环境下的磁元件，对其要进行特殊设计，否则会严重影响设备的正常工作。通过对高频电源模块的主要磁性元件的优化设计，并应用在高频电源的生产

6、中，很好的解决了磁性元件的损耗和发热的问题，对高频电源的稳定性有了进一步的提高。