高频开关电源主要磁性元件的设计Word文档下载推荐.docx

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A.设计原则

对于高频开关电源的主要磁元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。

主变压器的磁芯必须具备以下几个特点：

（1）低损耗；

（2）高的饱和磁感应强度且温度系数小；

（3）宽工作温度范围；

（4）μ值随B值变化小；

（5）与所选用功率器件开关速度相应的频响。

变压器设计过程中，最困难的是热设计。

变压器的产热与多方面的因素有关，如磁芯损耗，铜损等。

开关频率增加，变压器的发热呈指数增加。

若采用铁氧体磁芯，由于铁氧体的居里点较低，需对变压器磁芯作散热处理，工艺制作比较复杂。

若散热处理不当，铁氧体磁材高温下易失磁，导致电路工作异常。

若采用非晶做变压器，将工作ΔB由4000高斯提高到100007葛斯，开关器件的工作频率则可以降到100kHz以下。

非晶材料在16～100kHz频率范围内，损耗／Bs值最低，相应的变压器匝数及体积最小，发热量也较小，对提高整机效率，减小模块电源的体积有巨大帮助。

在采用软开关控制技术的前提下，可以充分发挥IGBT的低导通压降，大电流，高耐压的优点，大幅度地提高电源的可靠性。

B.磁芯的选择

因为全桥变换器中的变压器工作在双端，对Br的要求不是很严格，它需要的是2Bm。

但若选用高Br的磁芯，当电源功率较大时，容易产生饱和现象。

为此，对于中、大功率的开关电源，主变压器选用饱和磁感应强度Bs高、剩余磁感应强度Bs低的磁芯。

虽然铁基非晶材料的饱和磁感应强度Bs高，但是由于铁基非晶材料的工作频率较低（<

15kHz），频率高时，损耗增加，故决定使用铁基超微晶中低剩磁的磁芯。

（1）副边匝数的计算

（1）

（2）原副边匝比的选取

（2）

（3）窗口利用率的计算

窗口利用率：

（3）

由于开关频率不算太高，变压器的绕制采用多股漆包线并绕，外包抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸的方式，保证绝缘等级。

2输出电感的设计

对输出滤波电感的磁芯主要要求有以下几点：

（1）温度系数小，滤波电感的电感量随时间的变化率应保持最小；

（2）线性度好，在不同的工作电流下电感量的变化小；

（3）滤波电感的电损耗和磁损耗低。

B.磁芯的选择

（1）匝数、气隙的计算

电感定义式

（4）

上式中，Ac是铁芯的有效截面积。

磁路欧姆定律

（5）

上式中，l0、lC是空气隙和铁芯的长度，μ0、μ。

是空气和铁芯的磁导率。

由（5）式可得：

（6）

（2）窗口利用率的计算

（7）

在电力电子电路中所用的磁元件不同于工频环境下的磁元件，对其要进行特殊设计，否则会严重影响设备的正常工作。

通过对高频电源模块的主要磁性元件的优化设计，并应用在高频电源的生产中，很好的解决了磁性元件的损耗和发热的问题，对高频电源的稳定性有了进一步的提高。