最新30kHz高频开关电源变压器的设计.doc

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1、精品资料30kHz高频开关电源变压器的设计........................................精品资料30kHz高频开关电源变压器的设计   在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。本文根据超微晶合金的优异电磁性能，通过示例介绍30kHz超微晶高频开关电源变压

2、器的设计。1变压器的性能指标      工作频率f：30kHz　　变换器输入电压Ui:DC300V　　变换器输出电压U0:DC2100V　　变换器输出电流I0.08A　　整流电路：桥式整流　　占空比D：1％～90％　　输出效率η:≥80％　　耐压：DC12kV　　温升：＋50℃　　工作环境条件:－55℃～＋85℃2变压器磁心的选择与工作点确定........................................精品资料　　从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足变压器在频

3、率、使用环境方面的设计要求。磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑，但坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为超微晶合金的数倍，而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右，且加工工艺复杂。因此，综合三种材料的性能比较（表1），选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。图1（1）钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较饱和磁感应强度/T矫顽力/A·m－1居里温度/℃比损耗20kHz0.5T/W·kg－1工作频率/kHz工作温度

4、/℃超微晶合金1.20.48～1.2　25～150～150钴基非晶态0.81.234020～100～120坡莫合金0.71.9948030～50～200　　磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变压器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6～0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6

5、T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。3变压器主要参数的计算........................................精品资料3.1变压器的计算功率半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为：Pt=UoIo(1＋1/η)(1)将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80％代入式（1），可得Pt=378W。3.2变压器的设计输出能力变压器的设

6、计输出能力为：Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16（2）式中：工作频率f为30kHz，工作磁感应强度Bm取0.6T，磁心的窗口占空系数KW取0.2，矩形磁心的电流密度（温升为50℃时）KJ取468。经计算，变压器的设计输出能力AP=0.511cm4。　　   变压器的输出能力即磁心的输出能力，它取决于磁心面积的乘积（AP），其值等于磁心有效截面积（AC）和它的窗口截面积（Am）的乘积，即：AP=ACAm(3)   在变压器的设计中，变压器的输出能力必须大于它的设计输出能力。在设计中，我们选用的

7、矩形磁心的尺寸为：10×10×39×13.4（即：a=10mm，b=10mm，c=13.4mm，h=39mm），实际AP达3.66cm4(其中磁心截面积的占空系数KC取0.7)，大于变压器的设计输出能力0.511cm4，因此，该磁心能够满足设计使用要求。3.4绕组计算初级匝数：D取50％，Ton=D/f=0.5/(30×103)=16.67μs,忽略开关管压降，Up1=Ui/2=150V。........................................精品资料N1=Up1Ton10－2/2

8、BmAc=(150×16.67)10－2/(2×0.6×1×1×0.7)=29.77匝取N1=30匝次级匝数：忽略整流管压降，Up2=Uo=2100V。N2=Up2N1/Up1=(30×2100)/150=420匝3.5导线线径Ip1=Up2Ip2/Up1=0.08×2100/150=1.12A电流密度：J=KjAp－0.1410－2=468×0.511－0.14×10－2=5.14A/mm2考虑到线包损耗与温升，把电流密度定