正激變換器磁性元件的設計

　　正激變換器磁性元件除了變壓器外，還有一個(gè)電感器，即扼流圈。一般的資料上都是從變壓器開(kāi)始算起的，但本人認為應該從電感器開(kāi)始算起比較好，這樣比較明了，思維可以比較清楚。因為正激變換器起源于BUCK變換器，而B(niǎo)UCK變換器，其功率的心臟是儲能電感，因此，正激變換器的功率心臟是扼流圈，而不是變壓器，變壓器只有負責變電壓，并沒(méi)有其它的功能，功率傳輸靠得是電感。當然一般書(shū)上從變壓器算起，也未嘗不可，但這樣算，思路不是很明確，也不容易讓讀者理解。下面我演示一下我的算法，希望對讀者能有所幫助。

　　電感器的設計

　　首先，以濾波電感為研究對象，進(jìn)行研究。在一個(gè)周期中，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，濾波電感兩端被加上一個(gè)電壓，其電流不是突變的，而是線(xiàn)性的上升的，有公式I=V*TON/L，這幾項分別表示電感電流的增量，輸入電壓，開(kāi)通時(shí)間，電感量。而這個(gè)電壓是變壓器副邊放出的。在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，電感器以一個(gè)恒定的電壓放電，其電流即會(huì )線(xiàn)性的下降，同樣遵守這個(gè)公式，即I=Vo*TOFF/L，一個(gè)周期中，放電電流等于充電電流，所以上兩式相等，再用1-D代替TOFF，D代替TON，于是從上兩式中得到Vo=V*D。畫(huà)出電感兩端的電壓電流波形如下圖。

　　電感兩端電壓電流波形

　　上為電流波形，下為電壓波形。所以，我設計的第一步就是確定這個(gè)原邊電流的波形。

　　第一步，確定電感充電電壓值。首先，確定開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，加在電感器兩端的電壓V，這個(gè)電壓由設計者自己設定，選定這個(gè)電壓后，最大占空比D即確定了。

　　第二步，設定電感電流的脈動(dòng)值IR，不妨自己把電感電流的曲線(xiàn)圖畫(huà)出來(lái)，大概和上面的相似。然后再選定一個(gè)脈動(dòng)電流的值，即上升了的電流或是下降的電流的值。因為輸出功率和輸出電壓是已知的，那么平均電流值IO就是知道的。

　　第三步，根據上面的條件，確定這個(gè)電流的波形。要確定這個(gè)波形，要知道其峰值IP吧，上面的條件已經(jīng)足夠求出這個(gè)峰值了，有方程式IR/2+(IP-IR)=IO，解出IP=IO+IR/2

　　第四步，設定電感量。根據原邊電流的波形，算出電感量小CASE，L=V*TON/IR。這個(gè)公式理解吧，就和上面那個(gè)一樣的，不要說(shuō)不理解啊。

　　第五步，確定此電流的效值IRMS，這一步用來(lái)確定線(xiàn)徑。注意，確定線(xiàn)徑用的是有效值，而不是平均值。這個(gè)電流波形的有效值公式是：IRMS=IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉+IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)(1-D)〉。這個(gè)公式推導需要積分比較繁難，我就不講了，大家記著(zhù)用就可以了。算出了電流值后，就可以確定線(xiàn)徑了，要使有效值電流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米之間，這一點(diǎn)很重要，大家要切記啊。

　　以上幾步，就完成了電感器的設計，并且以上幾步，確定了一些重要的參數，這些參數將是下一步變壓器設計的基礎。

　　高頻變壓器的設計

　　總說(shuō)：正激變壓器和反激變壓器是大的區別就是正激變壓器是不要開(kāi)氣隙的，要求其電感量盡量大。正激變壓器原邊也有電流，但這個(gè)電流不是其自己通過(guò)輸入電壓儲存來(lái)的，而是從副邊電感上感應過(guò)來(lái)的，知道了這一點(diǎn)，正激變壓器就好設計了。

　　第一步，確定原邊匝數。;當然首先自己要選一款磁芯啦。設原邊輸入最低電壓是VS，導通時(shí)間用TON表示，還要自己設定一個(gè)磁芯振幅，一般我是取0.2到0.25T，因為正激變壓器是不需直流分量的，所以相比反激而言這個(gè)值可以取大些，原邊匝數NP=VS*TON/AE*B，其中AE是磁芯截面積。

　　第二步，確定副邊匝數，因為在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，副邊要以V的電壓放電，而這個(gè)V值，上面已經(jīng)在設定開(kāi)關(guān)管占空比的時(shí)候確定了，所以副邊匝數NS=NP*V/VS

　　第三步，畫(huà)出原邊電流波形，算出原邊電流波形的效值，從而確定線(xiàn)徑。如下圖所示，因為電流波形是從副邊感應過(guò)來(lái)的，其波形就是電感電流波形開(kāi)關(guān)管導通的那一部分。

　　這個(gè)電流的波形的峰值就是電感電流峰值除以匝數比，這個(gè)會(huì )算吧，于是這個(gè)電流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D》然后根據這個(gè)電流值去選線(xiàn)，電流密度同上。

　　第四步，確定副邊電流的波形，求出副邊電流波形的有效值來(lái)。副邊電流的波形就是開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)候電感電流的那一部分，這個(gè)波形和原邊電流的波形相似，因為原邊電流的波形就是由這個(gè)感應過(guò)去的，我就不畫(huà)了，其有效值= IP*根號下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉。依此去選線(xiàn)。

　　第五步，確定自饋電繞組，一般其和原邊同名端相反，利用磁復位放出電壓感應出電壓來(lái)，我是這樣做的，還有一些其它的方案，各位高手自已研究吧。

　　以上就是我設計正激變換器磁性元件的全過(guò)程，一環(huán)扣一環(huán)，緊密相連，我認為思路還是比較清楚的，避免了煩雜的公式，化難為易，望同行們提點(diǎn)意見(jiàn)。