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2017.04.06 AC/DC

绝缘型反激式转换器电路设计:变压器设计(构造设计)-其2

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

6A_ckt_t1
变压器T1的构造设计“其2”。其1已经说明了下述的步骤的内①~④。其2是关于⑤~⑦的说明。

其1
①骨架选定
②有效绕线槽的确认
③决定绕组构造
④沿面距离和绝缘胶带

其2
⑤线材的选定
⑥接线图、层构造、绕组规格
⑦决定变压器规格

⑤ 线材的选定
关于绕组的线材一般使用UEW(聚胺酯漆包铜线)、PEW(聚酯漆包铜线)等,但小型变压器等无法取得沿面距离时,就会利用3层绝缘线。
卷绕宽度够时能提高结合度,因此选择卷绕宽度大的线径。

线径越细,寄生电容值愈小,邻近效应、趋肤效应的影响随之变小,但电流密度变大。基本上线径选定为4~8A/mm2左右。

以下为电流密度的计算示例。这里使用“变压器设计(数值计算)”的②和③的计算结果。

根据最大占空比Duty (max)=0.424,一次侧的最大電流 Ippk=2.32A,二次侧的最大電流 Ispk=12.5A,得出一次侧的有效值Iprms和二次侧的有效值Isrms如下:

7A_windings_01

在这里,当电流密度为6A/mm2时,线径可通过以下公式求得:

7A_windings_02

由于二次绕组在本例中为2层×2并列,共4匝,因此:

7A_windings_03

※计算未考虑邻近效应、趋肤效应在内。

计算所选线径的电流密度,并确认目标值在4~8A/mm2范围内。

7A_windings_04

另外,计算未考虑邻近效应、趋肤效应在内。邻近效应是指电流经过周围导线后,因而受到励磁的磁场的影响,造成导线内电流无法均一的现象。趋肤效应是在高频率之下,电流集中在导线外围的现象。

关于绕组构造请参照“变压器设计(构造设计)-其1”的“③ 决定绕组构造”的夹心绕组构造以及下面的“⑥ 接线图、层构造、绕组规格”。

如果线径不适合但又想改善特性时,可以使用利兹线效果更好。利兹线是多条线材绞合在一起而成的,可通过细线降低趋肤效应等造成的影响,而使用多条线材也可以增加截面积。

最后确认变压器温度上升状况,必要时加以调整。

⑥ 接线图、层构造、绕组规格
将接线及层构造绘制成图。关于绕组规格可以先制成表格。在委托试制变压器时,必须将这几个部分加入设计图内。

接线图(下方左侧)标示在电源电路中哪一个引脚和哪一个信号相连接。接线会对PCB布局造成影响,因此必须仔细观看PCB的设计后再设定。

层构造图(下方右侧)展示了已决定好的构造。此次重视特性,再加上希望提升结合度,因此选择夹心绕组构造。

7A_connection7A_layer

绕组规格:如同前述,选择卷绕宽度足够的线径。此外,也确认绕线槽的厚度、方向是否位在容许范围内。

7A_windings

⑦ 决定变压器规格
根据数值计算进行构造设计,最后决定变压器规格。

7A_spec_1

必要信息有,

  • 接线
  • 构造
  • 铁芯、骨架的指定
  • 电感值、匝数、线径
  • 绝缘性能、组装指示

等。

实际试作变压器时,如果能够提供这些信息,大部分变压器厂商应该都能够进行试作。有些变压器厂商也可以用更简单的规格,例如输入输出电压、频率程度等来进行试作。至于应该要具体实现规格至哪一种程度,就要询问变压器厂商了。

关键要点:

・计算出数值后,进入具体的变压器构造的设计。

・计算出数值后,如果能大略完成构造设计,有望在变压器厂商等的协助下,设计出最终版本。

PWM方式反激式转换器设计手法