式中:Lp为原边绕组电感;Us为原边直流电压;Dmax为最大占空比。
式中:η为变压器效率;Dmax为最大占空比;Ts为脉冲周期(单位:s);Usmin为输入端最小直流电压(单位:V);Pomax为最大输出视在功率(单位:VA)。
假定所有的磁阻都在气隙中,则式(17)可计算保守的气隙尺寸:
式中:lg为气隙长度(单位:mm);μo=4π×10-7;Np为原边匝数;Lp为原边电感(单位:mH),Ae为磁芯面积(单位:mm2)。
2.6 检验磁芯磁通密度和饱和裕度
为了在磁芯的最大工作值和饱和值之间有足够的余量,需要检验磁芯可能出现的磁通密度峰值。
(1)计算交变磁通密度△Bac,见式(18):
式中:△Bac为交变工作磁密(单位:mT);Us为输入端直流电压(单位:V);ton为导通时间(单位:μs);Np为原边匝数,Ae为磁芯截面积(单位:mm2)。
(2)计算直流磁通密度分量Bdc,见式(19)
假定磁芯的所有磁阻都集中在气隙,将得到较高的直流磁通密度保守结果,此近似值可由式(19)得:
式中:Bdc为直流作用的磁感应强度(单位:T),μo=4π×10-7,Np为原边匝数;Idc为有效直流电流(单位:A);lg为气隙长度(单位:mm)。
(3)计算Bmax=△Bac/2+Bdc,并将其与选择磁
芯材料的饱和磁通密度相比较进行校验。
3 变压器设计实例
逆变器电路拓扑如图1,其中对变压器的工作要求为:输入电压24 V;输出电压有效值220 V,频率50Hz;额定容量250 VA;开关频率20 kHz;变压器在反激式电路中,即变压器需工作在DCM;假设效率η=85%,最大占空比0.45。
磁芯材料选择PC40,其在60℃时饱和磁通密度为Bw=450 mT,考虑一定裕度,取Bw的1/3作为变压器工作磁通密度的摆幅,即 变压器原副边绕组均无抽头,故由式(5)Pt=Po(1/η+1)=544 W。
工作频率fs=20 kHz,kc取0.4,则由式(4)得,根据上述值,选PC40 EE42/21/20,其中Ap=6.462 5 cm4;Ae=235 mm2;Aw=275 mm2。 原边绕组匝数根据式(8)得:7.66,取8匝。