亚星娱乐登录老虎机 高频链中澳门9号官网app下载的分析与设计

摘要：高频链逆变技术用澳门9号官网app下载代替传统澳门9号官网app下载中笨重的工频变压器，大大减小了澳门9号官网app下载的体积和重量。在高频链的硬件电路设计中，澳门9号官网app下载是重要的一环。叙述了澳门9号官网app下载的设计过程。实验结果证明该设计满足要求。

关键词：高频链；澳门9号官网app下载；澳门9号官网app下载

0    引言

    MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同，在于利用澳门9号官网app下载实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来，高频链技术引起人们越来越多的兴趣。

1    概述

    图1是传统的澳门9号官网app下载框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。

图1    传统的澳门9号官网app下载

    图2所示为电压源高频链澳门9号官网app下载的框图，该方案是当今研究的最先进方案，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的澳门9号官网app下载替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。澳门9号官网app下载是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定澳门9号官网app下载的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。

图2    电压源高频链澳门9号官网app下载

2    澳门9号官网app下载的设计

    设计澳门9号官网app下载首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但B _s值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。

表1    各种磁芯特性比较表

磁芯类型	非晶合金	薄硅钢片	坡莫合金	铁氧体
铁损	低	高	中	低
磁导率	高	低	高	中
饱和磁密	高	高	中	低
温度影响	中	小	小	中
加工	难	易	易	易
价格	中	低	中	低

    澳门9号官网app下载的设计通常采用两种方法：第一种是先求出磁芯窗口面积A _W与磁芯有效截面积Ae的乘积A _P（A _P=A _W×A _e，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。本文详细讨论如何用A _P法设计澳门9号官网app下载。

    原边N _P匝，副边N _s匝的变压器，在N _P匝上以电压V ₁开关工作时，根据法拉第定律，有

    V ₁=K _f f _s N _P B _W A _e（1）

式中：K _f为波形系数，即有效值和平均值之比，正弦波为4.44，方波为4；

      f _s为工作频率；

      B _W为工作磁通密度。

    N _P=    (2)

    铁芯窗口面积AW乘以窗口使用系数K _o（一般取0.4）为有效面积，该面积为原边澳门9号官网app下载 N _P占据的窗口面积N _P A _P′与副边澳门9号官网app下载N _s占据的窗口面积N _s A _s′之和，即

    K _o A _W=N _P A _P′＋N _s A _s′（3）

式中：A _P′及A _s′分别为原、副边澳门9号官网app下载每匝的截面积。

    每匝所占用面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关，如式（4）所示。

    A _P′=

A _s′=(4)

    将式（4）代入式（3），则得

K _o A _W=＋

即 A _W A _e=    (5)

    电流密度J直接影响到温升，亦影响到A _W A _e，其关系可用式（6）表示。

J=K_J (A _W A _e)^X(6)

式中：K_J 为电流密度系数；X为常数，由所用磁芯确定。

    若变压器的视在功率P _T=V ₁ I ₁＋V ₂ I ₂，则

    A _W A _e=

即 A _P=    (7)

式中：A _P单位为cm⁴，其余的单位为国际单位制。

    视在功率随线路结构不同而不同。如图3所示。变压器效率为η，则在图3（a）中

P _T=P _o＋P _i=P _o＋=P _o

    在图3（b）中

P _T=P _o

    在图3（c）中

P _T=P _o本文采用图3（b）的结构，V _DC=24V，P _o=250W，设η=0.95，则

P _T=P _o≈617W

（a）二次桥式整流

（b）二次全波整流

（c）一次推挽二次半波整流

图3视在功率与线路结构关系

    若采用E型磁芯，允许温升25℃，则有K_J =323，X=－0.14。饱和磁密约为0.35T，考虑到高温时饱和磁密会下降，同时，为了防止合闸瞬间澳门9号官网app下载饱和，取饱和磁密的1/3为变压器的工作磁密，即B _W=0.117T。工作频率为20kHz，由式（7）可得

A _P=≈6.65（cm⁴）

    取10％的裕度，即A _P=6.65×（1＋10％）≈7.28cm⁴，查手册选取E17铁氧体磁芯，其A _W=2.56cm²，A _e=3.80cm²，A _P=9.73cm⁴，满足要求。

    确定磁芯材料后，则其他参数计算如下：

    1）原边澳门9号官网app下载匝数N _P

N _P=≈7匝；

    2）原边电流I _P

I _P=≈10.96A；

    3）电流密度J

J=K_J (A _W A _e) ^x =234.9A/cm²；

    4）原边澳门9号官网app下载裸线面积A _XP

A _XP=≈0.04666cm²；

    5)副边澳门9号官网app下载匝数N _s 澳门9号官网app下载工作时占空比D=0.75，幅值为220V，则

Ns==120.99≈121匝

    6）副边澳门9号官网app下载裸线面积A _XS    注意中间抽头变压器I _o须乘0.707的校正系数，则

    A _XS==0.00342cm²。

3    实验结果

    实验采用图3（b）的结构，参数如下：

    输入电压    DC24V；

    开关频率    20kHz；

    占空比 D=0.75；

    输出电压    AC220V；

    输出功率    250W；

    输出频率    50Hz；

    变压器磁芯    E17铁氧体磁芯；

    原边澳门9号官网app下载匝数    7匝；

    副边澳门9号官网app下载匝数    121匝。

    该高频链工作稳定可靠，噪声很小，实验结果证明该澳门9号官网app下载满足实际要求。

4    结语

    1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

    2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出澳门9号官网app下载匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。

    3）本文采用的工作频率为20kHz，由于工作频率较高，趋肤效应影响比较大，因此，在设计时应注意趋肤效应引起的有效面积的减少。