ZHCU677C June 2019 – July 2022
本节对变压器损耗的不同分量进行了估算。本设计中的变压器是在 Payton Planar Magnetics® 帮助下完成的。本参考设计仅关注变压器的损耗数字,而不关注实际设计过程。如需为此变压器选择磁芯,可以考虑面积求值方法。变压器的面积值通过Equation28 计算得出。
其中
如果是平面设计,将磁通密度替换为 0.2T、开关频率为 100kHz 和利用因数为 0.3。当波形因数为 4 且电流密度为 400A/cm2 时,可以计算得出面积值为 18cm4。通过选择面积值大于计算值的磁芯,从而选择了 E64/18/50 铁氧体 DMR44 磁芯。
接着,计算初级侧和次级侧所需的匝数。初级侧匝数可以使用Equation29 计算得出。
根据磁芯的数据表,有效磁芯面积 Ae 为 516mm2。通过代入该值,可以得出匝数约为 22。在实际实现中,初级侧所选的匝数为 24。通过使用初级侧与次级侧之间所需的 1.6 转换比,次级侧匝数 Ns 为 15。
图 2-24 显示了从数据表中获得的磁芯参数。在 100°C 条件下,单位体积的磁芯损耗 Pv 约为 300mW/cm3。磁芯体积 Ae 为 81.9cm2。因此,100kHz 时的总磁芯损耗可以通过Equation30 计算得出。
根据制造商的数据表,初级侧和次级侧的绕组直流电阻分别为 43mΩ 和 16mΩ。绕组中的铜损耗根据Equation31 计算得出。
由于趋肤效应,交流电阻在高频条件下也由此而产生。在 100kHz 条件下,图 2-25 显示了交流电阻约为 12.5mΩ。由于电流流经初级绕组和次级绕组,从而产生 8W 的损耗。
磁芯损耗、铜损耗和趋肤效应损耗共同产生 50W 的变压器损耗。表 2-2 中总结了采用 Payton 设计的 10kW 平面变压器:
功能规格 | 等级 |
---|---|
总输出功率 | 10kW (500V/20A Adc) |
工作频率 | 100-200 kHz |
变压器输入电压 | 800V (Vout = 500V),双极方波: |
伏秒乘积 | 8000V μs – 对于 Vout = 500V,100kHz; |
初级/次级匝数比 | 24:15 |
初级电流最大值 | 13.5A Arms(20A 峰值)– 对于 Vout = 500V; |
次级电流最大值 | 20A Arms(30A 峰值)– 对于 Vout = 500V; |
估算功率损耗 | 50W – 对于 Vout = 500V,100kHz; |
初级绕组直流电阻 | 43mΩ |
次级绕组直流电阻 | 16mΩ |
漏电感 |
34µH |
磁化电感 | 720µH |
Payton 提供了关于该变压器的更多详细信息。