高頻開關(guān)電源主要磁性元件的設(shè)計(jì).docx

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1、高頻開關(guān)電源主要磁性元件的設(shè)計(jì)電力電子是基于大功率高頻開關(guān)器件的一門應(yīng)用技術(shù)，在電路中的電壓電流頻率很高，而磁性元件對頻率非常敏感，這就導(dǎo)致在電力電子電路中所用的磁性元件不同于工作工頻狀態(tài)下的磁元件。例如，在高頻開關(guān)電源中大量使用了各種各樣的磁性元件，如輸入/輸出共模電感，功率變壓器，飽和電感以及各種差模電感。為了適應(yīng)高頻的工作環(huán)境，這些設(shè)備需要不同的設(shè)計(jì)方法。1主變壓器的設(shè)計(jì)A.設(shè)計(jì)原則對于高頻開關(guān)電源的主要磁元件，主變壓器的設(shè)計(jì)尤其重要，其尺寸的大小和材料的選擇更是重要。主變壓器的磁芯必須具備以

2、下幾個特點(diǎn)：（1）低損耗；（2）高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度且溫度系數(shù)??；（3）寬工作溫度范圍；（4）μ值隨B值變化??；（5）與所選用功率器件開關(guān)速度相應(yīng)的頻響。變壓器設(shè)計(jì)過程中，最困難的是熱設(shè)計(jì)。變壓器的產(chǎn)熱與多方面的因素有關(guān)，如磁芯損耗，銅損等。開關(guān)頻率增加，變壓器的發(fā)熱呈指數(shù)增加。若采用鐵氧體磁芯，由于鐵氧體的居里點(diǎn)較低，需對變壓器磁芯作散熱處理，工藝制作比較復(fù)雜。若散熱處理不當(dāng)，鐵氧體磁材高溫下易失磁，導(dǎo)致電路工作異常。若采用非晶做變壓器，將工作ΔB由4000高斯提高到100007葛斯，開關(guān)器件的工作

3、頻率則可以降到100kHz以下。非晶材料在16～100kHz頻率范圍內(nèi)，損耗／Bs值最低，相應(yīng)的變壓器匝數(shù)及體積最小，發(fā)熱量也較小，對提高整機(jī)效率，減小模塊電源的體積有巨大幫助。在采用軟開關(guān)控制技術(shù)的前提下，可以充分發(fā)揮IGBT的低導(dǎo)通壓降，大電流，高耐壓的優(yōu)點(diǎn)，大幅度地提高電源的可靠性。B.磁芯的選擇因?yàn)槿珮蜃儞Q器中的變壓器工作在雙端，對Br的要求不是很嚴(yán)格，它需要的是2Bm。但若選用高Br的磁芯，當(dāng)電源功率較大時，容易產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。為此，對于中、大功率的開關(guān)電源，主變壓器選用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs高

4、、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs低的磁芯。雖然鐵基非晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs高，但是由于鐵基非晶材料的工作頻率較低(<15kHz)，頻率高時，損耗增加，故決定使用鐵基超微晶中低剩磁的磁芯。（1）副邊匝數(shù)的計(jì)算（1）(2)原副邊匝比的選?。?）(3)窗口利用率的計(jì)算窗口利用率：（3）由于開關(guān)頻率不算太高，變壓器的繞制采用多股漆包線并繞，外包抗電強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗低的復(fù)合纖維絕緣紙的方式，保證絕緣等級。2輸出電感的設(shè)計(jì)A.設(shè)計(jì)原則對輸出濾波電感的磁芯主要要求有以下幾點(diǎn)：(1)溫度系數(shù)小，濾波電感的電感量隨時間的變化

5、率應(yīng)保持最小；(2)線性度好，在不同的工作電流下電感量的變化??；(3)濾波電感的電損耗和磁損耗低。B.磁芯的選擇(1)匝數(shù)、氣隙的計(jì)算電感定義式（4）上式中，Ac是鐵芯的有效截面積。磁路歐姆定律（5）上式中，l0、lC是空氣隙和鐵芯的長度，μ0、μ。是空氣和鐵芯的磁導(dǎo)率。由(5)式可得：（6）(2)窗口利用率的計(jì)算窗口利用率：（7）在電力電子電路中所用的磁元件不同于工頻環(huán)境下的磁元件，對其要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，否則會嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。通過對高頻電源模塊的主要磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用在高頻電源的生產(chǎn)

6、中，很好的解決了磁性元件的損耗和發(fā)熱的問題，對高頻電源的穩(wěn)定性有了進(jìn)一步的提高。