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1、目 录1.电路拓朴图1.1 1.2 1.3 2.技术指标3.工作频率的确定4.最大导通时间5.输入滤波电容的设计6.高频变压器的设计6.1确定原边跟副边的匝比6.2副边匝数:6.3原边匝数:6.4原边线圈线径和股数:6.5副边线圈线径和股数6.6变压器窗口面积核算6.7变压器损耗7.输出滤波电感的设计8.输出电容值计算9.开关元件的选取9.1开关管MOS的选取9.2整流二极管的选取10.MOS管缓冲电路设计11.脉冲驱动回路电阻12.驱动回路变压器计算13.输入保险管的选取关键词: （五号、宋体）摘 要: （五号、宋体）1. 电路拓朴图2技术指标 输入电压 直流220V输入电压变动范围 直流1
2、80260V 杂音电流 10% 输出电压 直流380v输出电压变动范围 直流320380V输出功率 2333W输出纹波电压小于5%输入电压:180VDC260VDC输出电压:320VDC380VDC工作频率:40K最大占空比:46%CONVERTER效率:80%输入功率:4000VA(2800W)最大工作磁通密度: 0.45T (60度)0.39T(100度) / FERRIT CORE3. 工作频率的确定工作频率初步确定为f0为40k,则周期T= =25us4. 最大导通时间为可靠起见,防止剩磁积累,初步取最大导通占空比D/2=0.46则导通时间TON/2=/2 =11.5us5. 输入滤波
3、电容的设计由于电池电源是50HZ交流电经过整流所得，为了保证直流电压最小值符合要求，每个周期中Cin所提供的能量Win约为Win=3000/100=30(焦耳) Cin=852uf根据电容厂家提供的手册，可选用2个470UF/400V的铝电解电容由于输入端的纹波电流为10%,所以最大纹波电流为10%*Imax=2.9A,考虑到整流后级的目线电压的稳定性,我们可以设定在一个工频周期内要纹波电流对输入端没有什么太大的影响,因此输入滤波电容就必须在我们所设定的时间内吸收掉纹波电流,保证由于纹波电流产生纹波电压在我们所设定的范围内.则输入滤波电容可以通过下面的公式确定:C=I*T/V=2.9*0.02
4、*10(E+6)/260-180=725UF因此可以选用2个470UF/400V的铝电解电容并联6.高频变压器的设计变压器选用EE55/55/21型TDK PC40铁氧体, Ae=354mm2, Po=1500W, 设工作效率为80%.6.1 确定原边跟副边的匝比 为了在任意输入电压时能够输出所要求的电压，变压器的变比按输入电压Vin(min)选择。选择副边的最大占空比为Dsec(max),则副边电压最小值Vsec(min)为：Vsec(min)= 417（V）其中Vomax=380V；Vd为整流二极管上的通态压降；Vlf为输出电感上的直流压降故变压器副原边变比为：K=（Vsec(min)/2
5、）/Vin(min)=417/(2180)=1.166.2副边匝数: Ns = = =22.6匝 实际取23匝 注：此处副边电压应该是Vsec(min) /2。6.3 原边匝数:因为K=1.16 所以，Np =23/1.16=19.8匝 实际取20匝。6.4原边线圈线径和股数: 考虑到导线的集肤效应，变压器工作在频率为40KHz时，铜导线的穿透深度为=0.3303mm，因此绕组应该选取线径小于0.6606mm变压器原边电流最大值为：Ip(max)= =2333/(20.8180)=8.1A其中Po(max)为变压器的最大输出功率2333/2，tr为变压器效率0.8，Vin(min)为输入直流平
6、均电压最小值180V。在输入电压最低时取电流密度J=4A/ mm2 (一般取35A/ mm2)裸线截面积：S=mm2由8根线径为0.6mm的漆包线并绕多股线的导电面积为S=（0.6）281/4=2.26082.0256.5副边线圈线径和股数次级最大电流为:IO(max)= 2Ip(max)/K=8.12/2.3=7.04A裸线截面积S=mm2由14根线径为0.5mm漆包线并绕多股线的导电面积为S=（0.5）2141/4=2.74752.356.6变压器窗口面积核算 总导线面积是 S=（0.5）214231/4+（0.6）28201/4=2.747523+2.260820=108.4085 mm
7、2取填充系数为Ku=0.4，则需要磁芯窗口面积为Acw=Slf/Ku=108.4085/0.4=271.02125 mm2E55铁心的窗口面积大约为377.4 mm2，超过所需要窗口面积，因此可以绕下。输入电压:180VDC260VDC输出电压:320VDC380VDC工作频率:40K最大占空比:46%CONVERTER效率:80%输出功率:2300W电流密度:5A/MM2(由于采用风冷,因此电流密度可以适当取大一点)最大工作磁通密度:0.45T (60度)0.39T(100度) / FERRIT CORE A. 铁芯的选取根据法拉第定律:V=N*d/dt=N*d(B*Ae)/dt=4*N*B
8、*F*Ae有根据电流公式N*I=Aw*f*J因此可以得到一下公式:Ae*Aw=VpIp+VsIs/4*B*F*J*f=(2300+2300/0.8)/4*0.39*0.6*0.4*5*10(E+6)*40*10(E+3)=69110MM4 为保证变压器不会发生饱和,在此最大磁通密度只取60%.为保证变压器能绕下,窗口利用率f取0.4.由于计算出的数据很大,选用两个变压器来实现功能.查TDK的FERRIT CORE资料知道EE42可以满足要求.(变压器采用原边并联,副边串联的方式)PC40EE42/42/20-Z:Ae=235mm2,Aw=256mm2, Ae *Aw=60169.4mm42*
9、Ae *Aw=2*60169.4=120338.8mm469110MM4B. 原边圈数,线径根据法拉第定律 Np=V/4*B*F*Ae=180/4*0.39*0.6*40*10(E+3)*235*10(E-6)=20.45所以可以取原边圈数为 Np=20变压器原边平均最大工作电流 Ip=4000*1.3/180=28A由于采用两个变压器绕制,原边并联,所以原边电流由两个变压器均分则每个变压器原边导线面积为 Sp=Ip/2*J=28/2*5=2.8MM2C. 副边圈数,线径根据变压器原副边的电压关系可以得到下式:Vs =Vp*2*D*Ns/Np变压器原副边匝数比Ns/Np=320/180*2*0
10、.46=2所以副边的匝数Ns=2*Np=20*2=40考虑到两个变压器的副边为串联,圈数应该一致,所以取副边匝数为40副边工作最大电流 Is(max)=4000*0.8*1.3/320=13A由于副边为串联,所以每个变压器的副边电流为13A副边线圈饶线面积为 Ss=13/5=2.6MM2核算最高工作磁通密度: Bmax=V/4*N*F*Ae=0.345T40%表明变压器的窗口占用率比较高,这可以通过实际的绕制来检验.考虑到最大工作磁通密度还有一定的裕量,所以可以适当的减小原副边的圈数来实现变压器的绕制因此变压器设定如下:原边:18副边:18核算窗口利用率:f=18*2.8+18*2.6/256
11、=38%40%核算最高工作磁通密度:Bmax=V/4*N*F*Ae=0.384T96153MM4则变压器原边圈数Np=14,副边圈数Ns=28变压器原边导线面积为 Sp=Ip/2*J=28/*5=5.6MM2副边线圈饶线面积为 Ss=13/5=2.6MM2核算窗口利用率:f=14*5.6+28*2.6/375.55=40.2%,与设定的窗口利用率差不多,说明可以绕的下核算最高工作磁通密度:Bmax=V/4*N*F*Ae=0.327T160225mm4或使用一个PC40EE65的变压器实现6.7 变压器损耗变压器负边电阻计算Mlt是平均每圈长度为7.7Cm， RS=0.007663Ko1为窗口利
12、用系数，为电阻率，铜质-cm（80时）负边铜耗P2CU=I2O(max)RS=0.3798W变压器原边电阻计算RP=0.005794原边铜耗P1CU=I2 p(max)RP=0.3801W 铁损: PFE=PVVE=4.35WPV为单位体积铁损；VE是铁芯体积 变压器总损耗: Pid=P1cu+P2cu+PFE=4.35+0.3798+0.3801=5.11W变压器温升约为 t=RTHPid =75.11=35.77变压器铁损:首先查PC40铁芯资料可以知道,在20KHZ,0.25T的条件下,单位体积的铁损约为100KW/MM3查EE42的体积为22900mm3则每个变压器的铁损为:Pfe=1
13、00*10(E+3)*22900*10(E-9)=2.29W变压器铜损:因为变压器原副边绕线都有电阻,铜损就是电流流过这些电阻所产生的损耗.Pgb=Ip2*Rp+Is2*Rs其中每个变压器的原边电流为: Ip(max)=14A,副边电流为: Is(max)=13A由于变压器原副边圈数一样,所以可以认为其绕线电阻相同原边绕线电阻: Rp=0.0058ohm,副边绕线电阻: Rs=0.0058ohm则每个变压器的铜损为: Pgb=Ip2*Rp+Is2*Rs=0.0058*(13*13+14*14)=2.117W每个变压器的总损耗为: P=2.117+2.29=4.407W每个变压器温升约为 t=RTHPid =74.407=30.849通过查PC40的损耗-温升曲线,每个变压器的温升t约为55取最大值,则每个变压器的温升为557.输出滤波电感的设计=539.8
