一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法技术

本发明专利技术公开了一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，该方法包括步骤：(1)计算变压器磁芯的有效截面积理论值；(2)计算变压器磁芯的窗口面积理论值；(3)计算变压器磁芯的有效截面积理论值和窗口面积理论值的乘积AP；(4)查询实际EI型变压器磁芯或者EE型变压器磁芯的制造参数，计算实际变压器的磁芯有效截面积和窗口面积的乘积APre，选取APre大于等于AP，且APre最接近AP的变压器磁芯作为选用的变压器磁芯。本发明专利技术可以针对不同的功率设计要求以及频率设计要求选择出较为理想的变压器磁芯，对于电流连续模式反激开关电源的性能提升具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源研究领域，特别涉及一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法。
技术介绍
变压器是电流连续模式反激开关电源能量存储与传输的关键部件，变压器的磁芯的选择对于电流连续模式反激开关电源的性能至关重要。过大的磁芯会增加电流连续模式反激开关电源的体积且磁芯的利用率低，过小的磁芯会出现饱和现象导致电流连续模式反激开关电源不能正常工作。恰当地选择电流连续模式反激开关电源的磁芯对于降低电流连续模式反激开关电源的体积、提升电流连续模式反激开关电源的性能有着重要的意义。传统的选择方法中按照工频变压器的选型方法来选择高频变压器磁芯，计算公式对于高频开关电源来说并不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，根据该方法可以针对不同的功率设计要求以及频率设计要求选择出较为理想的变压器磁芯，对于电流连续模式反激开关电源的性能提升具有重要意义。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，包括步骤：(1)计算变压器磁芯的有效截面积理论值其中，Uin表示电流连续模式反激开关电源直流输入电压，D为开关管导通时间与整个开关周期的比值，称为占空比，Np为变压器原边的线圈匝数，ΔBm为变压器导通期间变压器磁芯内磁感应强度的最大变化量，且变压器磁芯的剩余磁感应强度Br与ΔBm之和小于变压器磁芯的饱和磁感应强度Bs，f为开关频率；(2)计算变压器磁芯的窗口面积理论值其中，Iprms为变压器原边的电流值有效值，可用来计算(其中，Ipm为变压器原边的电流最大值，Krp＝Ir/Ipm为比例系数，Ir为变压器原边电流上升值)，Isrms为变压器副边的电流值有效值，可用来计算(其中，Ism为变压器副边的电流最大值)Ns为变压器副边的线圈匝数，J为变压器线圈中流过的电流密度，Ko为变压器的窗口利用率，0<Ko<1；(3)计算变压器磁芯的有效截面积理论值和窗口面积理论值的乘积对开关管开通前后应用能量守恒定律并结合电感的公式，可以得到关系式NpIpm＝NsIsm，所以其中Po为反激开关电源的额定输出功率，η为反激开关电源的功率传输效率；(4)查询实际EI型变压器磁芯或者EE型变压器磁芯的制造参数，计算实际变压器的有效截面积和窗口面积的乘积APre，选取APre≥AP且APre值最接近AP值的变压器磁芯作为选用的变压器磁芯。具体的，所述磁芯选择方法基于以下的电路拓扑结构：直流输入电压Uin的正极与变压器原边端点1连接，变压器原边的端点2经过开关管Q连接到直流输入电压Uin的负极，开关管Q用于控制变压器原边回路的开通和关断，变压器副边的端点3与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与电容C中电压高的端点连接，电容C中电压低的端点与变压器副边的端点4连接，变压器原边的端点1与副边的端点4互为同名端，互为同名端的两个端点电压极性同时为正或者同时为负。更进一步的，所述电流连续模式反激开关电源的工作过程为：在一个开关周期T内，开关管Q开通DT时间后关断，D为开关管导通时间与整个开关周期的比值，称为占空比，当开关管Q导通时，变压器原边的端点1电压为正极性，副边的端点3电压为负极性，二极管无法导通，变压器原边电流Lp为变压器原边电感值，t为时间，在DT时刻，变压器原边的电流值最大，为DT时刻开关管Q关断，变压器副边的端点3电压极性为正极性，二极管导通，二极管导通后变压器的副边电流Uo为电容C上的电压，极性为正，Ls为变压器的副边电感值。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术基于电流连续模式反激开关电源的工作过程，公开了一种适合于电流连续模式反激开关电源的变压器选型的方法，根据该方法可以针对不同的功率设计要求以及频率设计要求选择出较为理想的变压器磁芯，对于电流连续模式反激开关电源的性能提升具有重要意义。附图说明图1是本实施例所述方法基于的电流连续模式反激开关电源电路拓扑图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，基于图1所示的电流连续模式反激开关电源的电路拓扑图，具体结构如下：直流输入电压Uin的正极与变压器原边端点1连接，变压器原边的端点2经过开关管Q连接到直流输入电压Uin的负极，开关管Q用于控制变压器原边回路的开通和关断，变压器副边的端点3与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与电容C中电压高的端点连接，电容C中电压低的端点与变压器副边的端点4连接，变压器原边的端点1与副边的端点4互为同名端，互为同名端的两个端点电压极性同时为正或者同时为负。所述电流连续模式反激开关电源的工作过程为：在一个开关周期T内，开关管Q开通DT时间后关断，D为开关管导通时间与整个开关周期的比值，称为占空比，当开关管Q导通时，变压器原边的端点1电压为正极性，副边的端点3电压为负极性，二极管无法导通，变压器原边电流Lp为变压器原边电感值，t为时间，在DT时刻，变压器原边的电流值最大，为DT时刻开关管Q关断，变压器副边的端点3电压极性为正极性，二极管导通，二极管导通后变压器的副边电流Uo为电容C上的电压，极性为正，Ls为变压器的副边电感值。本实施例一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，包括步骤：第一步，确定变压器磁芯的有效截面积理论值Ae的表达式。对于电流连续模式反激开关电源存在关系式Np为变压器原边的线圈匝数，Ae变压器磁芯的有效截面积，ΔBm为开关管Q导通期间变压器磁芯内磁感应强度的最大变化量，变压器磁芯的剩余磁感应强度Br与ΔBm之和小于变压器磁芯的饱和磁感应强度Bs，因此变压器磁芯的有效截面积理论值表达式为f为开关频率且第二步，确定变压器磁芯的窗口面积理论值Aw的表达式。设定变压器的窗口利用率为0<Ko<1，设定变压器线圈中流过的电流密度为J，根据关系式确定变压器的窗口面积为第三步，确定变压器磁芯的有效截面积理论值与窗口面积理论值的乘积AP＝AeAw。将变压器有效截面积理论值与变压器的窗口面积理论值相乘得到对开关管开通前后应用能量守恒定律并结合电感的公式，可以得到关系式NpIpm＝NsIsm，所以其中Po为反激开关电源的额定输出功率，η为反激开关电源的功率传输效率。第四步，根据第三步计算得到的AP＝AeAw选择变压器。实际变压器磁芯的有效截面积与窗口面积的乘积记为APre，查询实际EI型变压器磁芯或者EE型变压器磁芯的制造参数，选取APre≥AP且APre值最接近AP值的变压器磁芯作为选用的变压器磁芯。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算变压器磁芯的有效截面积理论值其中Uin表示电流连续模式反激开关电源直流输入电压，D为开关管导通时间与整个开关周期的比值，称为占空比，Np为变压器原边的线圈匝数，ΔBm为变压器导通期间变压器磁芯内磁感应强度的最大变化量，且变压器磁芯的剩余磁感应强度Br与ΔBm之和小于变压器磁芯的饱和磁感应强度Bs，f为开关频率；(2)计算变压器磁芯的窗口面积理论值其中Iprms为变压器原边的电流值有效值，通过来计算，其中Ipm为变压器原边的电流最大值，Krp＝Ir/Ipm为比例系数，Ir为变压器原边电流上升值，Isrms为变压器副边的电流值有效值，通过来计算，其中Ism为变压器副边的电流最大值，Ns为变压器副边的线圈匝数，J为变压器线圈中流过的电流密度，Ko为变压器的窗口利用率，0<Ko<1；(3)计算变压器磁芯的有效截面积理论值和窗口面积理论值的乘积对开关管开通前后应用能量守恒定律并结合电感的公式，得到关系式NpIpm＝NsIsm，所以AP=2Po(2-Krp)fηJKoΔBm(Krp23-Krp+1)×(D+1-D),]]>其中Po为反激开关电源的额定输出功率，η为反激开关电源的功率传输效率；(4)查询实际EI型变压器磁芯或者EE型变压器磁芯的制造参数，计算实际变压器的有效截面积和窗口面积的乘积APre，选取APre≥AP且APre值最接近AP值的变压器磁芯作为选用的变压器磁芯。...

【技术特征摘要】
1.一种电流连续模式反激开关电源变压器磁芯选择方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算变压器磁芯的有效截面积理论值其中Uin表示电流连续模式反激开关电源直流输入电压，D为开关管导通时间与整个开关周期的比值，称为占空比，Np为变压器原边的线圈匝数，ΔBm为变压器导通期间变压器磁芯内磁感应强度的最大变化量，且变压器磁芯的剩余磁感应强度Br与ΔBm之和小于变压器磁芯的饱和磁感应强度Bs，f为开关频率；(2)计算变压器磁芯的窗口面积理论值其中Iprms为变压器原边的电流值有效值，通过来计算，其中Ipm为变压器原边的电流最大值，Krp＝Ir/Ipm为比例系数，Ir为变压器原边电流上升值，Isrms为变压器副边的电流值有效值，通过来计算，其中Ism为变压器副边的电流最大值，Ns为变压器副边的线圈匝数，J为变压器线圈中流过的电流密度，Ko为变压器的窗口利用率，0<Ko<1；(3)计算变压器磁芯的有效截面积理论值和窗口面积理论值的乘积对开关管开通前后应用能量守恒定律并结合电感的公式，得到关系式NpIpm＝NsIsm，所以AP=2Po(2-Krp)fηJKoΔBm(Krp23-Krp+1)×(D+1-D),]]>其中Po为反激开关电源的额定输出功率，η为反激开关电源的功率传输效率；(4)查询实际EI型变压器磁芯或者EE型变压器磁芯的制造参...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，李臻，冯腾，王书彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44