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1、3.高频变压器计算3.1变比的计算为了减小整流桥单元的电压应力，本项目选择高频变压器的结构 为一个原边绕组和五个副边绕组，五个副边绕组分别经整流桥输出的 电压串联组成逆变器所需的直流电压，具体结构如图13所示。为了提高高频变压器的利用率，减小开关管的电流，降低输出整 流二极管的反向电压，从而减小损耗和降低成本，高频变压器原副边 变比尽可能地大一些。为了在输入电压范围内能够输出所要求的电压， 变压器的变比应按最低输入电压q仞物选择。选择副边的最大占空比 为(max)，则可计算出副边电压最小值九如为U=七max) +2UD+UEsec(min)Dsec(max)其中，1m是输出电压最大值，为893
2、.2V，UD是输出整流二极管的通态压降，为1.5V，U(rec)f是输出滤波电感上的直流压降，约为0.2V。故变压器副边电压最小值U =sec(min)V = 1054.6V893.2 + 2 x 1.5 + 0.2085原副边变比 K=Uin(min)/Usec(min)=380V/1054.6V=0.36oWE 21IL m recA4C上recA4图13.变压器原副边连接示意图3.2.磁芯选择磁芯选择比较通用的方法是面积乘积法。它是磁芯截面积与线圈 有效窗口面积的乘积。对于全桥电路，假定在最低输入电压时，最大占空比为0.8,开 关管导通时间为0.8Tsw，效率n=80%，线圈铜填充系数为
3、0.4。则面 积乘积公式35 PAP A A w omax上式中Po是变压器输出功率，为10kVA/(90% X 95%)=11.695kVA (变频电源每相输出功率为10kVA，考虑工频逆变电 路的转换效率为90%，不控整流的转换效率为95%)，f是变压器工作 频率，为20kHz。Bmax为磁通密度摆幅，取为0.20T。代入以上数字计算得，AP=131.9cm4。磁芯选择NCD公司的EE型铁氧体磁芯，材料为LP3，磁芯结构示意图如下三巳型石兹芯EE Core图14 NCD公司EE系列铁氧体磁芯结构示意图根据所计算的AP值对比NCD公司的磁芯规格，考虑留一定的 尺寸裕量，最终选择EE110铁氧
4、体磁芯。表3 NCD磁芯规格磁芯型号A/mmB/mmC/mmD/mmE/mmF/mmAe/mm 2Aw/mm 2Ap/cm*2EE11011055.5363674.23812961451.6188.1274EE10010060282871.546.57842022.75158.5836EE858545.531.526.65531837.9880.473.768723.3 .原副边匝数和绕组线径计算(1) 确定原副边的匝数变压器的副边匝数可由下式确定:N = gx) =El：6 = 51.5的 2 f 2B A 2 X 20 x 103 x 2 x 0.2 x1280x10-6取整数为52匝，根
5、据变压器副边对原边的变比K=0.36，可得原边匝数为NWp=18.7匝，取整数为19匝。(2) 确定绕组线径考虑高频逆变器的转换效率为90%，不控整流的转换效率为95%，则不控整流电路输入功率P(叫,广10000VA/ (5X90%X95%)=2339.18VA。原边绕组电流最大值为:0_max= 7sec_max 1054.6 x 0.852339.18 / 0.36 A = 36.24A取绕组导线电流密度为A3.5A/mm2，则原边绕组导线最小截面 积为:3624mm2 = 10.35mm3.520kHz开关频率下铜导线的穿透深度为3阿A =2式中，3=2n 3为角频率，旗为开关频率，U为
6、铜导线的磁导率(在真空中u=4nX107H/m),y为铜导线的电导率，Y=58X106/(Qm),穿透深度的单位为m。为了更有效的利用导线，减小集肤效应的影响，一般要求导线线径r小于2倍穿透深度，即rW2 。代入数字计算得,20kHz开关频率下铜导线的穿透深度为4.67X104 m，则变压器原边绕组导线线径rW0.934mm。由原边导线最小截面积计算得铜导线线径为L S = 210.35。mm = 3.63mm丸由于原边电流较大，因此采用0.15mm的铜箔绕制，所用铜箔的 宽度为 10.35mm2/0.15mm=69mm V 2F=76mm。副边绕组流过的电流的最大值/ 一 2339.18 一
7、 2 61A s_max 1054.6 X 0.85V副边绕组导线最小截面积为：S - s jx = -3_ mm2 = 0.75mm2选取铜导线的直径d = 2 ： % = 2 ：.” mm = 0.98mm、兀 兀该数值大于2倍的穿透深度，因此可以选择2股外径为0.78mm(铜芯标称直径为0.72mm，铜芯截面积为0.4072mm2)的漆包线进 行绕制。(3) 窗口面积校核根据工程经验，EE系列磁芯元件的填充系数应小于0.5。线圈在磁芯框架两端共留10%不绕线。因此磁芯框架的有效长度:h = 0.9(2F - 2) = 0.9 x (2 x 38 - 2)mm = 66.6mm原边线圈总厚
8、度Hp=DpXd+(Dp1) Xa，a为层间绝缘厚度，导线 直径在0.2mm以上的可采用0.06mm厚的绝缘纸Dp=N吟=19代入数 字计算得H =3.93mm。p66.6=38.81副边每层可绕匝数2 x 0.78x1.1dKpN ss需绕的层数D =N/N =52/38.81=1.34，取整数为2。 s Ws s副边线圈厚度H=DXd+(Ds1) Xa，a为层间绝缘厚度，导线直径在0.2mm以上的可采用0.06mm厚的绝缘纸。代入数字计算得H=1.62mm。s所有线圈总厚度H=H +H X5=12.03mm p s因为H U(C + C )/1= 2C V/1d (lead)(PFC) o
9、 13 (PFC) olead (PFC) o (PFC) o由上式可以看出，当输出电流I(PFC)o变小时，C3放电到零的时 间会变长，即超前桥臂在轻载时可能失去零电压开通条件。因此选择 电容g和C3要依据超前桥臂死区大小和要求实现零电压开关的负载 范围来确定。同时考虑在最高输入电压，也就是最难实现零电压开通 时来确定。设置超前桥臂死区时间为1.2”，考虑变换器在大于20%额定负载时都能实现ZVS，即I pg 大于12995.45 x20%A = 6.84A时能实现零)0380电压开关，输入最高电压为，由上式可得Cleadq + V L (lead) PFCM2 2U(PFC) o1.2 X
10、10-6 X 6.842x380F = 10.80 X10-9 F(2)滞后桥臂谐振电容和电感的设计滞后桥臂零电压开通时，只有谐振电感提供换流的能量，所以要能够零电压开通，必须有以下三个条件：1) 谐振电感储能必须大于滞后臂并联电容储能，即:1 八LI2 C V22 r (PFC )olag (PFC) o2) 滞后桥臂开通时，原边电流近似为恒定。滞后桥臂的并联电容满足:ClagC2 + C4 d(lag/( PFC)o22U( PFC ) o3)滞后桥臂开关的死区时间应小于或等于四分之一的谐振周期，即T -L (C + C )=生、,2L Cd (lag) 2 r 242、 r lag在以上
11、几个约束条件以及滞后桥臂死区时间1.2“和输入电流12995.45 A = 34.204时实现ZVS，从而可以选择合适的谐振电感L和谐380r振电容。施。由于串联谐振电感和开关器件并联电容均不宜过大或过 小，故谐振电感应与开关管并联电容协调确定。根据式(25)和实际电路参数可得：C = H 2Td2iag)= 2X(1.2X10-6)2 H = 5.40 X10-6Hr兀 2C兀 2 X 54 X 10-9lag4.3.移相全桥模块的选取原边高频逆变电路采用移相全桥模块，模块开关管承受的最大电 压为前级PFC输出电压，不超过400V，流过开关管的最大电流为 36.24A。留取一定裕量，选取Infineon的600V 75A的IGBT模块， 型号为F4-75R06W1E3。实物图和尺寸如下：i.l 甲 尊 g) ij & 图16600VIGBT模块实物图和尺寸
