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高頻功率變壓器設計學習報告 提 報 人: 張 華 麗 提報單位: 研發專案 提報日期: 03/03/28 目 錄 1. 前言 2. 設計規格 3. 設計過程 4. 結論 一﹑前言 二﹑設計規格 線路架構 Forward Converter 電氣規格 輸入電壓: Vin=36Vdc~60Vdc 輸出電壓: Vout=3.3V 輸出電流: Io=50A 輸出功率: Po=165W 工程規格 工作頻率: Fs=100KHz 變壓器溫升: Tr=30℃ 三﹑設計過程 決定工作周期及圈數比 選擇鐵心材質﹑形狀及廠商 選擇適當的鐵心大小 計算初級側圈數 重新檢查最大磁通密度 計算次級側之圈數 計算其它繞組之圈數 選擇適當之繞組線徑或線號 檢查繞線因數 計算繞線損失 計算鐵心損失 計算整個變壓器之損失 計算變壓器溫升 檢查磁化電感與磁化電流 步驟一 決定工作周期及圈數比 順向式轉換器中: n=Vin(min)*Dmax/Vo=Np/Ns (1) 式中 Vin(min) — 最小輸入直流電壓 Dmax — 最大工作周期 Vo — 輸出電壓 n — 圈數比 Np — 初級側繞組 Ns – 次級側繞組 假設在輸入電壓36Vdc,輸出電流Io=50A的情況下,其Dmax=0.4, 則其圈數比為 n=36*0.4/3.3=4.36 取n=4,反代入(1)式求Dmax得: Dmax=0.37 所以取得: 工作周期 Dmax=0.37 圈數比 n=4 步驟二 選擇鐵心材質﹑形狀及廠商 鐵心材質------ Ferrite 鐵心制造商及Ferrite型號------ TDK PC40 由Data book中得知,在60℃時: 飽和磁通量 : Bsat=4500GS =0.45T 剩 磁 : Br=0.065T 最大磁通密度: Bm=2500GS =0.25T (一般選擇Bsat的1/2左右) 鐵心形狀及大小------EI 33 步驟三 選擇適當的鐵心大小 Ap=Wa*AcPt*10^4/(2*ΔB*fs*J*Ku) (2) 式中 ΔB: 磁通密度的變化量 在順向式轉換器中,ΔB=Bm-Br Wa: 鐵心窗型面積值 cm^2 Ac: 鐵心有效面積 cm^2 Ku: 鐵心的繞線因數,一般為0.2~0.4,在此取0.3 J : 電流密度,A/cm^2,一般為300~500A/cm^2,此取400A/cm^2 Pt: 視在功率,一般可表示為:Pt=Po/η+Po,此取η為0.95 將數據代入(2)式中,有 Ap[(165+165/0.95)*10^4]/[2*(0.25-0.065)*100*10^3*400*0.3=0.7628cm^4 由鐵心 DATA BOOK中得知EI 33的規格資料如下: Ap=Wa*Ac=1.53cm^4 Wa=1.30cm^2 Ac=1.18cm^2 Al=4400nH/N^2 MLT=7.0cm Ve=7.9cm^3 Wg=41g 步驟四 計算初級側圈數 Np=Vin(min)*Dmax*Ts/ΔB*Ac (3) 式中 Ts: 工作周期 1/fs 將數據代入(3)式中,有 Np=36*0.37*(1/100*10^3)/(0.25-0.065)*1.18*10^-4 =6.1T 為方便布線及纏繞,取 Np=8T 步驟五