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1、安匝断续模式下反激变换器设计-、设计参数1输入电压:Ui =(28 4±2 .输出电压:Uo=5V;3 .满载电流：lo=10A;4 .短路电流:ls=12A;5开关频率#=1OOHz ;5 .24V临界占空比D=0.57 .最大损耗(绝对20W;8 .最大温升： T=40T,自然冷却;9 .二极管压降U d =0.6V。10 .工作磁通密度B max =0.3T二、单端反激变换器主电路图U i -+R L V D V T+*C *N 1N 2T三、设计步骤1确定匝比：由二次侧输出电压dooUU'U +=5+0.6=5.6V，输入最低电压Ui=12V以及设定占空比0.5临界连
2、续，决定匝比:1 240.5n 4.2841 5.610.51 o U D U D =?=-2 比n选4:1,输出峰值电流减小，减少输出电容负担，初级开关峰值电压减小。3 .临界占空比实际值：max 5.640.48324 5.64o i o U n D U U n? =+?4 .次级电流及电感计算：5 1次级峰值电流计算：考虑到磁路安匝临界连续，由平均电流求临界连续时次级峰值电流：max 221102dcPoDIIIA-=6 2额定负载时电流峰值为：22max 221038.710.517dc PHA D?=-7 3次级电流有效值为：2max 0.57710.57738.70.51716P
3、IIDA =-=?=8 4电流最大变化值为：9 1238.746.41 Os Po I I I Al ?=?=10 需要的电感为：max (1100.5175.60.62446.446.4o o T Dt L U U H I -?=?=?由于铁氧体材料在高频下具有很高电阻，因而涡流损耗低，同时具有价格低的优势，是高频变压器磁芯首选材料，本设计使用铁氧体P类。11 工作磁通密度和最大摆幅如图1，在磁芯损耗曲线中，一般取损耗限制为10OmW/cm 3,纹波频率为1OOKHZ,由此决定了最大峰值磁通密度为1100XI0-4T。得到峰值磁通密度乘以2,获得 峰值磁通密度摆幅为2200X0-4T ,即0
4、.22T。因为在断续模式中,B max = Bmax,因而B max也被限制在0.22T ,接近饱和。因此，在B max =0.22T时，相应 1=12P =46.4A。图1不同频率下比损耗与峰值磁感应强度的关系12 选择磁芯形状和尺寸：采用损耗限制面积公式得：446433max 20.6421046.416 Dp 0.250.220.006FLPWelLIAAAcmBK-? =? =?采用EI25磁芯,A P =0.366cm 4 （带骨架。由图2查得所选磁芯参数：有效磁芯截面积A e =0.44cm 2;有效体积Ve=1.93cm 3;平均磁路长度I e =4.86cm 中柱尺寸 C=0.
5、675cm,D=0.65cm;窗口面积 A W =0.835cm 2。图2 El磁芯结构参数13 热阻及损耗计算：由窗口面积获得热阻为：80080043.5/22220.835T W R W A =? 根据最大温升T计算允许损耗：P lim = T/R T =40/43.5=0.92W14 .计算次级线圈电感量的匝数22m 2max I 0.62446.41010 2.9930.220.44ax eLNBA -?=?=? 一? ?匝123412NNr =?=匝15 ,计算气隙长度：gg24724g (0.675(0.65104103100.1050.624o A N cm L.谢寺?
6、7;=?j? n=9计算100kHz时的穿透深度：g 376.576.50.24210010mm f & =16 .计算导线尺寸：由于输出电流为10A,即2dco I =l =10A次级电流有效值为：2I =16A次级电流交流分量为：222ac 22dc I =l -I =12.5A选择电流密度为400A/cm 3,次级导体截面积16A/400=4mm 2。依据图3,可选择2层宽为10mm厚度为02mm的铜箔绕制。初级峰值电流为:1 P2P I =1 /38.7/49.7A n =初级电流平均值为：1dc 1P I =l D/2=4.850.483=2.34A ?初级电流有效值为：11
7、0.5770.5779.70.483 3.89A PHD =?=初级电流交流分量为：221 ac 11 de =3.1A I I I =-电流密度为400A/cm 3,需要导线截面积为3.89/400=0.973mm 3可选用宽度为10mm,厚度为0.1mm的铜箔卷绕。图3导线规格表17 .损耗与温升的校核磁芯损耗计算:1001930.193c e P V mW W = (1次级线圈损耗计算：EI25磁芯窗口宽度为13.25mm。考虑骨架线圈可选10mm。导线截面积除以线圈宽度10mm,得到导体厚度为0.4mm (2层厚度为0.2mm的铜箔。一共5层，包含匝间0.005cm绝缘和0.005cm
8、绝缘，结果线圈高度为1.5mm。平均匝长为3cm，总的线圈长为9cm。线圈电阻为9cm。线圈电阻为：62 2.31090.52m 0.04cu de cu IRAp?=Q直流损耗为：22P 100.00052=0.052W de =0=0.2/0.2420.83=查图得,Q=0.8,3 层的 Rac/Rdc 近似为 1.5JIJ R ac =0.78m Q交流损耗为：21 ac P =12.50.00078=0.12W?(2初级线圈损耗计算:初级线圈共12匝即12层，平均匝长为4cm总的长度为48cm。线 圈电阻为-6cu 1ac cu 2.31048R=11m A0.011 ?pQ直流损耗为
9、：21dc P =2.340.011=0.06W?0.1Q=0.410.242dS =查图 4 得,Q=0.4,12 层的 Rac/Rde 近似为 1.5,则 16.5m Q。交流损耗为：21ac3.10.01650.16WP=?=线圈总损耗为：P=P+P+P+P=0.412WW1dc1ac2dc2ac总损耗为：P=P+P=0.193+0.412=0.605WCW损耗与温升校核满足要求图4交流与直流电阻比和等效铜厚度、层数关系18 .二极管选型(1二极管承受最大正向电流：I max=38.7A,考虑安全裕量J F选择60A(2二极管承受最大方向压降：U f=U o+U i*N2/N仁5+32/
10、4=13V。考虑安全裕量:U F选择40V左右,故选择MBR6020系列。19 .开关管选型(1开关管承受最大压降：U Tmax=U i+(U o+0.6*N1/N2=32+(5+0.6*4=54.4V考虑安全裕量:UTF选择150V(2开关管最大正向电流：I Tmax=N2/N1*l max = 38.7/4 考0虑安全裕量：ITF选择20A,故选择MOS管IRF9630。Matlab 程序：clear;clc;Ui=24;%输入电压Uo=5;%输出电压1。=10;%满载电流ls=12;%短路电流f=100*1000; %开关频率D=0.5;%24V临界占空比Pmax=2;%最大损耗(绝对T
11、 max=40;%最大温升Ud=0.6;%二极管压降Bmax=0.22;%工作磁通密度Uo1 =Uo+Ud;%二次侧J输出电压n=round(Ui/Uo1*D/(1-D;% 匝比Dmax=Uo1*n/(Ui+Uo1*n;% 临界占空比I2dc=l。;次级峰值电流 12P=2*l2dc/(1 -Dmax;%额定负载时电流峰值l2=0.577*l2p*sqrt(1 -Dmax;%次级电流有效值Imax=l2p*ls/lo;%电流最大变化值L=Uo*10*(1 -Dmax/lmax;% 电感的选取Ap=(L*lmax/Bmax*16/0.006A(4/3;% 磁芯面积乘积 Ae=0.44;%磁芯截面积Aw=0.835;%窗口面积RT=800/(22*Aw;% 热阻Plim=Tmax/RT;% 允许损耗匝数N2=ceil(L*lmax/Bmax/Ae*0.01 ;% 次级线圈匝数 N1= n*N2;% 初级线d=76.5/sqrt(f;% 穿透深度l2ac=sqrt(l2A2l2dcA2;%次级电流交流分量I1p=l2p/n;%初级峰值电流I1dc=l1 p*D/2;%初级电流平均值11 =0.577*11 p*qrt(D;%初级电流有效值H ac=sqrt(l1 A2-I1 dcA2;%初级电流交流分量