下面是24V/30全橋變壓器的設計過程,第一次做變壓器的設計的,肯定有很多疏漏的地方,敬請大家指正,謝謝
24V/30A全橋變壓器的設計
VAC=220V±20%Vo=24V
Io=30A
f=36KHz
η=80%
1、輸出功率: (輸入電壓最小時,占空比最大)P0=ηPin=ηVDCmin×Ipft×Dmax
Dmax=0.8
Irms=√D Ipft (這里是根號D)
PO=0.716×VDCmin×Irms
2、根據法拉第電磁感應定律:VDC=NP×Ae×(ΔB/ΔT)×10-8
當VDC取VDCmin時,ΔT= 0.8T/2, ΔB=2Bmax
式中:Ae單位為cm2,ΔB單位為G
3、Aw磁芯窗口面積,A1, A2分別為初級繞組和次級繞組所占窗口面積,且A1=A2,窗口使用系數為0.4,A1t為初級每匝截面積,單位均為in2NP×A1t=0.2Aw
A1t=Dcma×Irms×π/4×10-6
Dcma電流密度,單位為圓密耳每有效值安培。
由此可以得到:
PO=(0.0014Bmax fAe Aw)/Dcma
上式中,Ae, Aw單位均為平方厘米,f單位為赫茲,PO單位為瓦,Bmax單位為高斯,Dcma單位為圓密耳每有效值安培。
在此設計中,取Bmax=800G,f=36KHz,Dcma為500圓密耳每有效值安培,帶入上式得:
Ae Aw=8.929cm4
按照所求的的AP值(即Ae Aw)選擇磁芯,保留足夠的余量,選擇TDK的型號為PC40EE55的磁芯
EE55的參數為
AeAw=13.6764cm4
Ae=3.54cm2
Aw=3.86cm2
Ve=43.7cm3
AL=7100±25%nH/N2
4、確定原邊繞組匝數:
VDCmin=NP×Ae×(2Bmax/0.4T)×10-8
求得NP=34.33
5、確定副邊半繞組的匝數:VO=[(VDCmin-2)×(NS/NP) -0.5]×(2TON/T)
VO~VDCmin×(NS/NP)×(2TON/T)
求得NP/NS =5.83
結合4、5取NP=36,NS=6
6、確定原邊繞組電流:
P0=ηPin=ηVDCmin×Ipft×Dmax
Irms=√D Ipft
求得Irms=5.75A
Ipft=6.432A
IPDC=DIpft=5.146A
IPAC=√(Irms2-IPDC2 )=2.57A
7、確定原邊繞組的繞線方式及線圈損耗:穿透深度:
Δ=7.65/√f=7.65/√(36×103 )=0.4mm
5.75/4=1.44mm2
EE55磁芯,窗口高度為18.8×2=37.6mm去掉骨架跟擋墻所占的寬度各約為4mm,繞線高度為30mm
(實測骨架的窗口高度為31mm,然后去掉擋墻的高度4mm,繞線高度為27mm,在這里不使用擋墻)
變壓器采用交錯繞法,初級兩層,次級12層,初級兩層
對于初級,每層9匝,每匝所占高度為3.33mm,采用漆包線直徑d=0.71mm,d',=0.79mm,截面積為0.396mm2的四根線并繞。Q= (0.83d√(d/d', ))/Δ=1.32
由道威爾曲線查得,兩層時
FR=RAC/RDC =1.9
計算EE55磁芯的平均匝長:
lav=π×[(D+3+E)/2]=π×[(16.95+3+37.5)/2]=90.2mm 這里的D+3是考慮骨架所占空間的厚度,實測值為20mm
RDC=[NP×lav×(0.0441/1000)]/4=0.036Ω
RAC=RDC×FR=0.068Ω
直流損耗為:IPDC2×RDC=0.954W
交流損耗為:IPAC2×RAC=0.449W
原邊總損耗為:0.954+0.449=1.4W
8、確定副邊半繞組的電流及損耗:對于副邊而言,Io=Ia=30A
副邊半繞組:
ISDC=DIa=0.4×30=12A
ISAC=√(D(1-D) ) Ia=14.7A
Irms=√D Ia=18.97A
副邊繞組使用銅箔
18.97/4=4.7425mm2
銅箔厚度
4.7425/30=0.158mm
采用厚度為0.2mm的銅箔
Q= 0.158/Δ=0.395
6層對應的FR
FR=RAC/RDC =1.3
RDC=(ρ×NS×lav)/(0.2×30)=0.207×10-3
RAC=RDC×FR=0.27×10-3
直流損耗為:ISDC2×RDC=0.03W
交流損耗為:ISAC2×RAC=0.058W
副邊半繞組總損耗為:0.03+0.058=0.088W
副邊總損耗為:0.088×2=0.176W
9、原邊跟副邊線圈總損耗為:1.4+0.176=1.576W
10、磁芯損耗為:
當Bmax=800G,f=36KHz,單位體積的磁芯損耗為10 mW/cm2
所以磁芯損耗為:43.7×10=437mW
PL=1.576+0.437=2.013W
12、線圈溫升:Rth=36/Aw (cm2 )=36/3.86=9.33℃/W
ΔT=RthPL=18.8℃