一.求一次线圈NP匝数变压器的设计方式,最先求一次线圈的圈数(匝数 T)
依RCC的设计方式,图10为铁心(磁体 CORE)的B-H曲线,±Bm之点为饱和点,此点的磁通密度称为饱和磁通密度。
图10 磁 B-H曲线 图11 B-H曲线的温度特性 图12 Il的电流波形
一次绕组的求解公式如下:
tON:最大值为T/2 VIN:P1线圈的电压
B:磁体的磁通密度 A:磁体的有效截面积
若磁体的材质为ferrite 磁体,如图11,温度的变化,使最大的磁束磁通密度Bm产生变化,也就是说,依实际的工作条件的Bm特性求得,在100℃的Bm为3500~4000(Gauss 高斯),范围很小,大约用20~30%的值,去估计使用。若在过流状态下,tON会很大,磁体仍在此范围内,此过度状态是因磁体未达到饱和的缘故。
二.电感值的计算:当输入电压VIN最小的占空比用1/2法去设计时,Il像(图12般)的碎波,输出功率为PO,功率转换效率为η,一次侧电流的平均值为Il(ave),最大值为Ilp,
一次绕组的电感LP为
三.其它线圈的计算二次电流的峰值(peak) I2P,对于输出电流IO的关系如下:
二次绕组的电感量LS为:
如果这里tON=tOFF=2/T的条件,则2次绕组的圈数为:下式中VF为二次整流二极管的正向压降,其中VS=VO+VF
求解得
开关管基极驱动绕组NP2的计算:
因Tr1的VEB条件:
以上各绕组匝数已经决定,输出侧因线路电压降(line drop)的发生,实际的圈数有必要比以上值稍多.
因实际磁导率的关系,必须加入气隙(Gap)
RCC方式的变压器,在求一次侧匝数时,磁通密度为必要的条件,即以上的计算方式,较电感的实际值,通常要大一些.在固定的输出功率下,振荡频率f太低的结果,会导致磁饱和.因此,当磁体的实际导磁下降时,电感值非减到必要值不可,用实际的EE、EI磁体,则像图13一样,插入气隙(Gap).
图13 气隙的描述
气隙的求法如下:
这里要求的Lg为磁回路内合计的气隙的厚度,故中心孔(center Hole)与外部两地方,同时把距离(space)插入,也就是说气隙纸的厚度为Lg/2.
气隙纸的材质,只要是绝缘的物质就可以,这种纸,因温度的关系,厚度会改变,通常一Mylar纸或bakelite板来使用。(垫纸在低频时有可能出现噪声,稳定性也不是很理想。采用磨的方法比较好,但是磨的话在变压器工艺上会比垫纸困难。)
四.变压器绕线结构变压器会因为线圈的绕线方式而在特性上有很大的差别,特别是一次绕组NP1和二次绕组NP2间的结合度,非注意不可。
结合度是一次绕组所发生的磁束,比起2次侧线圈来诱导时,没有被诱导的部分称为磁漏(leakage flux)(这句就是我们所说的漏感,即由于初、次级间,匝与匝之间,磁通不能完全偶合而出现的漏感。)
要使结合度上升,对于绕组的结构,有下列两点必须注意。
⑴ 各绕组要绕满
圈数若少的话,只绕一半时,可将每圈都把间隔加大,或把线径减小,2~3条线一起绕也有效,如图14。
图14 图15
⑵如图15,三明治的多层分割绕法。
绕组的顺序为:最初从一次绕组NP1绕起,其次是2次绕组NS,普通最后由基本绕组完成。在此,则由一次绕组NP1再绕一次,与底层的NP1并列,再接在一起。
其他绕组:用NP1和NP、夹着之故,一次绕组及其他绕组间的结合度就回提高。
漏感电感的影响
变压器要完全100%偶合是不可能的,尤其是RCC方式,因设有很大的气隙,漏感必然增加。如图16所示,T型等效回路的Le1,Le2的漏感就产生了。
图16
当一次与2次电流流动时,能量就开始积蓄,若其他的绕组未偶合的话,一次侧的能量就无法完全转移到2次侧,则变压器在Tr1截止的瞬间会发生很大的逆电压,与Tr1的集电极电压叠加在一起。
抑制逆电压的吸收(snabber)电路
图17
图17中,在NP1绕组两端,加入由二极管,电容构成的电路。
漏感 电感Le1积蓄的能量为P1,振荡频率为f,