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电力变压器的设计理念

  • 时间:2017-06-16 10:16
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电力电子技术中,高频开关电源的设计主要分为两部分,一是电路部分的设计,二是磁路部分的设计。相对电路部分的设计而言,磁路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计,不但要求设计者拥有全面的理论知识,而且要有丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后,还必须放到实际电路中验证其性能。由此可见,在高频开关电源的设计中,真正难以把握的是磁路部分的设计。高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器。为此,以下将对高频开关电源变压器的设计,特别是正激变换器中变压器的设计,给出详细的分析,并设计出一个用于输入48V(36~72V),输出2.2V、20A的正激变换器的高频开关电源变压器。

正激变换器中变压器的设计方法

正激变换器是最简单的隔离降压式DC/DC变换器,其输出端的LC滤波器非常适合输出大电流,可以有效抑制输出电压纹波。所以,在所有的隔离DC/DC变换器中,正激变换器成为低电压大电流功率变换器的首选拓扑结构。但是,正激变换器必须进行磁复位,以确保励磁磁通在每一个开关周期开始时处于初始值。正激变换器的复位方式很多,包括第三绕组复位、RCD复位[1,2]、有源箝位复位[3]、LCD无损复位[4,5]以及谐振复位[6]等,其中最常见的磁复位方式是第三绕组复位。

所以在设计和制作时,对磁芯材料的选择,磁芯与线圈的结构,绕制工艺等都要有周密考虑。开关电源变压器工作于高频状态,分布参数的影响不能忽略,这些分布参数有漏感、分布电容和电流在导线中流动的趋肤效应。一般根据高频开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值,在变压器的线圈结构设计中实现,而趋肤效应影响则作为选择导线规格的条件之一。

变压器设计的基本原则

在给定的设计条件下磁感应强度B和电流密度J是进行变压器设计时必须计算的参数。当电路主拓扑结构、工作频率、磁芯尺寸给出后,变压器的功率P与B和J的乘积成正比,即P∝B·J。当变压器尺寸一定时,B和J选得高一些,则某一给定的磁芯可以输出更大的功率;反之,为了得到某一给定的输出功率,B和J选得高一些,变压器的尺寸就可以小一些,因而可减小体积,减轻重量。但是,B和J的提高受到电性能各项技术要求的制约。例如,若B过大,激磁电流过大,造成波形畸变严重,会影响电路安全工作并导致输出纹波增加。若J很大,铜损增大,温升将会超过规定值。因此,在确定磁感应强度和电流密度时,应把对电性能要求和经济设计结合起来考虑。油浸式变压器