高頻變壓器的最大承受功率Po(max)與磁芯截面積Ae和窗口面積的面積積Ap之間存在:
由實際功率電感可以計算出最大輸出功率,升壓開關電源的效率一般在80%~90%之間,設計中η取80%,Po為15w,Ku為窗口利用系數,取典型值0.29,Bmax取一般值O.25 T,Kj為電流密度,取一般值600 A/cm2。每個磁芯都有固定的面積積,在廠家提供的磁芯參數表里面查詢大于或等于所求面積積的磁芯,可以獲得符合要求的EE形磁芯,其中磁芯EE-25參數如圖3(a)所注,其中相關尺寸數據如下:
由于EE-25的面積積為0.428,大于0.384,因此,選擇EE-25型磁芯。
2.3 原邊繞組電流
2.4 原邊電感量
原邊電感量為:
這個匝數計算出來為原邊最少匝數,取22匝。其中Bmax為磁芯飽和磁通密度(0.25 T)(選定磁芯后就已經確定)。
2.5 副邊繞組匝數
副邊繞組匝數為:
這里取值690匝,UF為輸出整流二極管的導通壓降0.7 V。
對于多路輸出變壓器而言,先修改前面的輸出功率為各路輸出功率之和,帶入各路對應的UO、UF的值即可計算出各路輸出的匝數。設計時,需要在變壓器引入反饋繞組來調節和穩定前端脈寬調制電路的占空比,反饋電壓為10 V,可以求得反饋繞組匝數為29.1匝,取整30匝。
2.6繞組線徑和繞線方式
由電流密度定義可以求出繞線的最小線徑:
采用圓形導線,分別為原邊繞組電流2 A,電流密度500 A/cm2,截面積0.004 cm2,直徑O.07 cm;反饋輸出繞組電流0.5 A。電流密度500 A/cm2,截面積0.001 cm2,直徑0.035 cm;負載輸出繞組電流0.04 A,電流密度500 A/cm2,截面積0.000 0電感器打樣8 cm2,直徑0.01 cm。
為了減小高頻干擾的影響,在計算繞組線徑時,電流密度K取值比計算面積時稍微小一點,取值500 A/cm2,以使得導線線徑在滿足繞組電流和功率的情況下選用細導線并繞的方式繞制原邊繞組,設計中采用O.025 cm線徑的導線,并繞線數,取3線并繞的方式繞制原邊線圈。
2.7 引入氣隙
單端反激式變壓器的設計和制作時必須引入氣隙,否則會出現磁芯飽和,本設計和制作選擇在所選EE系列磁芯兩邊墊磁性材料使磁回路加入適當的氣隙,如圖3(b)所示。
式中,lg為氣隙長度(cm)、AL為磁芯無氣隙時的電感因數(nH/N2),氣隙的位置安排在EE磁芯中是最好的,其氣隙是在磁組件里面被分開的,這樣可使邊緣磁通噪聲最小,這也是選擇EE磁芯作為開關變壓器磁芯的一個重要因素。
3 驗證設計
3.1 驗證最大磁感應強度
驗證最大磁感應強度是否是超過磁芯的允許值:
小于磁芯磁感應強度最大值。當原電感器生產商邊線圈流過峰值電流時,此時磁芯達到最大磁感應強度。