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基于反激式變壓器拓?fù)湓恚O(shè)計(jì)了單端反激式變壓器，用于電纜絕緣電阻測(cè)試儀高壓電源的DC-DC逆變升壓模塊。提出單端反激式開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)時(shí)一些關(guān)鍵參數(shù)的選擇原則和設(shè)計(jì)步驟及驗(yàn)證方法，總結(jié)了設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)。使用結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)方法在簡(jiǎn)化和明確變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程的同時(shí)，所設(shè)計(jì)的變壓器應(yīng)用于絕緣電阻測(cè)試儀升壓模塊中約250 V的逆變升壓時(shí)表現(xiàn)出穩(wěn)定的升壓性能。 變壓器的使用在升壓和降壓電源中很常見(jiàn)，開關(guān)電源根據(jù)不同的輸出要求采用不同的變壓器拓?fù)?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/電路" target="_blank" class="relatedlink">電路，同樣的電源也采用不同的變壓器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)。在所有拓?fù)渲蟹醇な阶儔浩鳂?gòu)成的升壓式開關(guān)電源具有電路簡(jiǎn)單、元器件最少的優(yōu)點(diǎn)，在小功率開關(guān)電源中經(jīng)常采用。而變壓器的設(shè)計(jì)需要技術(shù)人員根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)來(lái)進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)和繞制。會(huì)出現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)多于準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)計(jì)，而且在高頻條件下變壓器的設(shè)計(jì)和制作不同于普通的工頻變壓器，更加需要實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論設(shè)計(jì)兩者相互結(jié)合。本文結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)和制作變壓器的經(jīng)驗(yàn)，提出一種工作于斷續(xù)電流模式（DCM）下的反激式變壓器設(shè)計(jì)方案，并給出相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。 1 反激式變壓器的基本工作原理 圖1（a）為反激式變壓器的工作原理圖，其中，開關(guān)管VT1的導(dǎo)通和截止使得原邊繞組線圈產(chǎn)生交變電流信號(hào)。當(dāng)原邊繞組導(dǎo)通期間，次級(jí)繞組輸出電壓為上負(fù)下正，整流二極管VD1和VD2截止，輸出電容Co和Cf放電；當(dāng)原邊繞組截止時(shí)次級(jí)輸出電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1和VD2導(dǎo)通，輸出電容Co和Cf充電，與正激式電路充放電過(guò)程相反。可以從輸入輸出電壓、電流波形關(guān)系圖1（b）中得出DCM模式下的工作過(guò)程。其中PWM、UDS、IDl，IF1、Io1、Uo2分別為開關(guān)管VT1柵極脈寬調(diào)制信號(hào)、漏源極電壓、整流二極管VD1和VD2電流、負(fù)載輸出端Co正極性端電壓波形、反饋輸出端Cf正極性端電壓波形。 
單端反激式變壓器設(shè)計(jì)流程如圖2所示，首先根據(jù)逆變升壓模塊前后電路的需要，列出輸入電壓、輸出電壓參數(shù)、開關(guān)頻率、額定輸出功率等整個(gè)系統(tǒng)需要變壓器完成的參數(shù)要求，包括Uin（min）、Dmax、F、Po（max）分別為輸入直流電壓最小值10 V、最大占空比、開關(guān)頻率10kH-z、輸出最大功率15W等參數(shù)，然后再按照下面步驟設(shè)計(jì)合適的開關(guān)變壓器。
最低的交流輸入電壓，對(duì)應(yīng)于最大的輸出功率，由原邊電感電流在開關(guān)管導(dǎo)通和截止期間電流的峰值相等和電磁感應(yīng)定理得到：
占空比Dmax和反激電壓Uor的關(guān)系：
2．2 磁芯的選擇 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：
原邊電感量為：
2．5 副邊繞組匝數(shù) 副邊繞組匝數(shù)為：
對(duì)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(duì)應(yīng)的UO、UF的值即可計(jì)算出各路輸出的匝數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)，需要在變壓器引入反饋繞組來(lái)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定前端脈寬調(diào)制電路的占空比，反饋電壓為10 V，可以求得反饋繞組匝數(shù)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：
為了減小高頻干擾的影響，在計(jì)算繞組線徑時(shí)，電流密度K取值比計(jì)算面積時(shí)稍微小一點(diǎn)，取值500 A／cm2，以使得導(dǎo)線線徑在滿足繞組電流和功率的情況下選用細(xì)導(dǎo)線并繞的方式繞制原邊繞組，設(shè)計(jì)中采用O．025 cm線徑的導(dǎo)線，并繞線數(shù)，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(shè)計(jì)和制作時(shí)必須引入氣隙，否則會(huì)出現(xiàn)磁芯飽和，本設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)臍庀叮鐖D3（b）所示。
3 驗(yàn)證設(shè)計(jì) 3．1 驗(yàn)證最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 驗(yàn)證最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是否是超過(guò)磁芯的允許值：
3．2 驗(yàn)證趨膚效應(yīng)的大小 高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)總是趨向于從表面流過(guò)，這會(huì)使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠(yuǎn)高于銅電阻。由趨膚深度定義。其中，ε、F、K分別為趨膚深度、頻率、趨膚系數(shù)，K對(duì)于銅導(dǎo)線等于1。利用這個(gè)方法可以計(jì)算出運(yùn)行在頻率為10 kHz時(shí)的最大導(dǎo)線半徑，可以得出最大導(dǎo)線直徑DAWG為1．3 mm；所有線徑都小于這個(gè)線徑。 由EE-25窗口尺寸和線徑尺寸計(jì)算可得表1如下。
繞組方式如圖4所示，其中絕緣層為0.015 cm，骨架厚度為0.1 cm，總厚度為0.1+0.025+0.0l×7+0.035+0.015×10=0.38 cm，考慮到3個(gè)繞組之間的絕緣層厚度可適當(dāng)加厚，窗口寬度0.645 cm能夠繞下。
將原邊繞組同名端串聯(lián)分壓電阻后接12 V直流電壓，并在同名端和開關(guān)管漏極之間加入RCD開關(guān)管保護(hù)電路，開關(guān)管柵極接PWM脈寬調(diào)制電路。脈寬調(diào)制電路是由變壓器輔助繞組的輸出整流電容Cf的正極性端引入的反饋電壓控制和調(diào)節(jié)的TL494基本電路組成。調(diào)節(jié)PWM輸出脈寬占空比為0．445，頻率為10 kHz的脈寬信號(hào)。變壓器次級(jí)繞組的輸出整流電容Co的正極性端，經(jīng)二次整流電路后輸出作為接近250 V高壓輸出端，作為絕緣電阻測(cè)試儀高壓電源。 5 結(jié)束語(yǔ) 設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器，對(duì)于變壓器生產(chǎn)制作技術(shù)人員而言必須知道以下參數(shù)：磁芯型號(hào)、同名端、輸出功率、原邊繞組電感、工作頻率、原邊繞組匝數(shù)、輔助線圈匝數(shù)、原邊繞組線徑、反饋線圈線徑、輸出繞組線徑以及繞線方式和注意細(xì)節(jié)，但是詳細(xì)的參數(shù)列表可以方便變壓器制作完成后調(diào)試和修改。此外，變壓器的設(shè)計(jì)沒(méi)有固定的步驟可循，特別是磁芯的選擇，需要和磁芯技術(shù)人員進(jìn)行溝通，單純的依靠公式選擇出來(lái)的磁芯的參數(shù)和實(shí)際的磁芯參數(shù)有較大的誤差，只有獲得了正確、準(zhǔn)確的磁芯參數(shù)，帶入這些參數(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的變壓器才會(huì)和實(shí)際性能接近。 來(lái)源：電子工程網(wǎng) |
