電源變壓器設(shè)計實(shí)例

磁心尺寸

變壓器尺寸的選擇要在所選工作頻率上滿足功率需求和溫升。這些信息可以從制造商的數(shù)據(jù)中獲得，可傳送的功率的典型圖示于圖中。

實(shí)例

假設(shè)一個保守手機(jī)充電器設(shè)計的工作頻率是30kHz，溫升40℃，輸出是100W。

該系統(tǒng)給出5V、20A的單輸出。這種系統(tǒng)的效率是70%，可傳送的功率約為140W（假設(shè)主要的損耗在變壓器和輸出電路）。根據(jù)圖2。2。2，選擇EC41（FX3730）或類似的磁心尺寸是合適的。

優(yōu)化磁通密度

最優(yōu)磁通密度Bopt的選擇需要仔細(xì)考慮。不像反激變換器，該電路要使用兩個象限的B／H回環(huán)，可得到的磁感偏移大于反激時的兩倍。因此應(yīng)該更加小心考慮磁心損耗，因為如果使用整個磁感偏移，磁心損耗可能超過銅損耗。對于最有效率的設(shè)計，磁心損耗和銅損耗應(yīng)接近相等。

圖表示了41mm磁心以變壓器總損耗為變量的溫升曲線。假設(shè)允許的溫升是40℃，則變壓器中允許的功率損耗是2。6W（注意熱點(diǎn)溫度稍高于整個磁心溫度平均值）。因此如果該功率損耗由磁心和繞組平均分擔(dān)，則最大的磁心損耗是1.3W。

由圖可以看出在30kHz時，F(xiàn)X3730磁心在總磁通Φ接近19μWb時的損耗是1.3W。中心磁極的面積是106mm2，故中心磁極中的峰值磁通密度B是

圖在自然通風(fēng)條件下，F(xiàn)×3730變壓器的溫升是內(nèi)部總消耗的函數(shù)

注意：

1T=1Wb/m²

峰值磁通密度選擇的第二個考慮是在最大輸入電壓時瞬間負(fù)載條件下磁心飽和的可能性。

暫態(tài)條件

變換器工作于閉環(huán)時，隨著輸入電壓增加，脈寬通常以相同的速率減小以維持輸入電壓恒定。在這些條件下，磁心的磁通密度峰值保持在設(shè)計值（本例為180mT）?？墒窃谒矐B(tài)條件下，無論充電器電壓如何，脈寬可能增加到最大值。這種情況可能出現(xiàn)在輸入電壓為最大的時候。變壓器設(shè)計成最小電壓和最大脈寬時工作在180mT。因此最大輸入電壓時磁通密度的增加將與電壓的增加率相同（本例為50%）。本例中，磁通密度將從180mT突然增加到270mT，從圖可以看出，這仍然低于其飽和限制，所以只要變壓器的工作對稱于零磁通，瞬間負(fù)載就不會引起磁心飽和，工作是可靠的。

如果計算顯示磁心將會飽和，建議采取下列措施之一。

（1）設(shè)計在較低的磁通水平工作。雖然這種方法安全，但降低了變壓器效率，因為需要更多的繞組，并且不能使用優(yōu)化磁通水平

（2）為兩個開關(guān)晶體管提供獨(dú)立的快動作限流。這是一種好的解決方案，因為它不僅能防止飽和，還能防止其他的不利條件。使用電流型控制可起到類似的作用。

圖在100℃時，一對FX3730磁心的磁滯和渦流損耗是總磁通Φ中的函數(shù)，以頻率為參數(shù)（經(jīng)Mullard公司許可）

（2）正比于輸入電壓的最大脈寬采用結(jié)束停止功能。這也是一種可接受的解決方法但這種方法使暫態(tài)性能降低。