單端反激式開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器的建模與仿真測試研究
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1引言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/231444.htm單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設計初步完成以后如果不進(jìn)行電路的仿真而是直接進(jìn)行制板和實(shí)驗調試，盡管最終可以得到實(shí)驗所要求的各項性能指標，但是可能會(huì )花費大量的費用和時(shí)間[1]。而反激式高頻變壓器是反激開(kāi)關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數，所以對高頻變壓器進(jìn)行仿真測試是非常有必要的[2]。文獻[3]詳細介紹了單端反激式開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器的設計方法和步驟；文獻[4]介紹了應用軟件PITransformerDesigner6.5在高頻變壓器設計中參數的選擇以及注意事項；文獻[5]對高頻變壓器的設計進(jìn)行了分析，應用PowerEsim軟件對變壓器參數進(jìn)行仿真優(yōu)化，提高了開(kāi)關(guān)電源的效率。本文采用PExprt軟件建立高頻變壓器模型并運用PSPICE軟件進(jìn)行仿真。
2運用PExprt建立高頻變壓器的模型
運用PExprt建立高頻變壓器仿真模型的步驟如下：
(1)計算高頻變壓器建模所需要的相關(guān)參數，并填入相應的表格內，如圖1所示。本文需要設計一個(gè)具有多路輸出的單端反激式高頻變壓器，其設計要求為，在直流輸入170V到700V范圍內，輸出1路5V/1A，1路24V/2A，1路15V/0.2A，1路-15V/0.2A，3路15V/0.15A，1路15V/0.3A的輸出電壓?？偟妮敵龉β蔖O=70.25W，開(kāi)關(guān)的頻率為100kHZ。
圖1設置高頻變壓器的參數
(2)設置高頻變壓器模型求解的相關(guān)參數。高頻變壓器模型求解的相關(guān)參數設置如圖2所示。本文所設計的高頻變壓器幾何形狀為同心的，工作于正常的環(huán)境溫度下，且允許不同的繞組纏繞在同一層。例如，兩個(gè)平行繞組可能被放置在同一層。在設計高頻變壓器時(shí)繞組的損耗包括諧波損耗和交流電阻的損耗，磁芯的損耗按Steinmetz的方法進(jìn)行計算。并且運用PExprt提供的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。
圖2設置高頻變壓器模型求解的相關(guān)參數
(3)模型的求解。在設計好模型求解的相關(guān)參數后就可以進(jìn)行模型的求解了。在計算機自動(dòng)完成模型過(guò)程后可以很方便的查看所設計的高頻變壓器的模型。其中，可行性結果的窗口可以顯示磁芯的尺寸、繞組支架的尺寸、磁芯材料、磁芯所在的庫以及繞組的規格、繞組的匝數等。性能結果窗口包含兩個(gè)部分：輸入/輸出數據區域和圖形信息區域。其中輸入/輸出數據區域用于顯示性能測試結果的數值，包括磁芯損耗、繞組損耗、總的損耗、電流密度、磁通密度等。圖形信息區域用于以圖形方式表示以下參數：電源損耗分布、窗口的利用率等。結果列表窗口列出了所有滿(mǎn)足設計要求的磁芯的型號，以及相關(guān)的參數。并且運用圖表的方式清新地顯示它們的電源損耗，通過(guò)它可以很方便的查看并比較各個(gè)磁芯的性能。最后，可以通過(guò)模型窗口清楚地查看本設計的高頻變壓器模型的繞組排列情況。如圖3所示。
圖3模型窗口
(4)靜電場(chǎng)分析。運用靜電場(chǎng)求解器可以進(jìn)行靜電場(chǎng)的分析。靜電場(chǎng)求解器用于分析由直流電壓源、永磁材料、高電壓絕緣體中的電荷/密度套管、斷路器及其它靜態(tài)泄放裝置所引起的靜電場(chǎng)。材料類(lèi)型包括各種絕緣體(各種異性及特性隨位置變化的材料)及理想導體。該模塊能自動(dòng)計算力矩、轉矩、電能及儲能等參數。運用靜電場(chǎng)求解器求解，求解得到的能量分布圖如圖4所示。
(5)渦流場(chǎng)分析。對于工程電磁場(chǎng)問(wèn)題，當分析正弦激勵源下的物理現象時(shí)，如電機、變壓器的渦流損耗計算，如利用渦流效應來(lái)產(chǎn)生力和熱的直線(xiàn)感應電機、感應加熱設備設計等，需要進(jìn)行渦流分析。在PExprt中可以運用渦流場(chǎng)求解器分析受渦流、趨膚效應、臨近效應影響的系統。它求解的頻率范圍可以從0到數百兆赫茲，應用范圍覆蓋母線(xiàn)、電機、變壓器、繞組及無(wú)損系統。它能夠自動(dòng)計算損耗、鐵損、不同頻率所所對應的阻抗、力、轉矩電感和儲能。此外，還能以云圖或者矢量圖的形式給出整個(gè)相應的磁力線(xiàn)、磁通密度和磁場(chǎng)強度的分布、電流的分布及能量密度等結果。運用渦流場(chǎng)求解器進(jìn)行求解，求解得到的損耗分布圖如圖5所示。
圖4運用靜電場(chǎng)求解器求解出的能量分布圖
仿真實(shí)驗證明運用PExprt設計的高頻變壓器是正確可用的。
4結束語(yǔ)
采用PExprt軟件對單端反激式開(kāi)關(guān)電源中的高頻變壓器建立模型并運用ORCAD/PSPICE實(shí)現對高頻變壓器的仿真，可以驗證高頻變壓器設計的正確性和合理性，進(jìn)而可以提高開(kāi)關(guān)電源設計的合理性和可靠性。但是，實(shí)際應用中發(fā)現在仿真含高頻變壓器的電源電路時(shí)，計算機的運行速度比較慢，為了提高仿真速度，更進(jìn)一步確保高頻變壓器設計的合理性和可靠性，可以用數學(xué)方法實(shí)現高頻變壓器的建模,并應用Matlab/simulink進(jìn)行仿真,將其仿真結果與實(shí)際電路進(jìn)行對比驗證，這有待進(jìn)一步的研究和探索。
參考文獻
[1]ChungH.Sh.H..Azerocurrent-switchingpwmflybackconverterwithasimpleauxiliaty switch[J].IEEETrans.onPowerEleetronics.1999,14(2):329-341.
[2]StevenM.Sandler.SwitchmodePowerSupplySimulationwithPSPICEandSPICE3[M]. TheMcGraw-HillCompanies,2006.
[3]孫海峰，蔣紅梅，崔玲玲．單端反激電路中高頻變壓器的設計[J].電源世界,2007,(10):66-68.
[4]沙占友，王彥朋，孟志勇.高頻變壓器設計軟件PITransformerDesigner6.5及其應用[J].電源技術(shù)應用.2007,10(11):358-64.
[5]楊文廣.基于PowerEsim的開(kāi)關(guān)電源中的高頻變壓器設計[J].儀器儀表用戶(hù).2009,16(2):69-71.
作者簡(jiǎn)介
郭華旺(1986-)，男，碩士研究生，蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)，研究方向為智能控制與智能系統?！?/p>
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