该电源采用半桥式变换电路,如图6所示,其工作频率50kHz,在初级一侧的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35电容器。Q4和Q5交替导通、截止,在高频变压器初级绕组N1两端产生一幅值为U1/2的正负方波脉冲电压。能量通过变压器传递到输出端,Q4和Q5采用IRFP460功率MOS管。
3.3、功率变压器的设计
1)工作频率的设定
工作频率对电源的体积、重量及电路特性影响很大。工作频率高,输出滤波电感和电容体积减小,但开关损耗增高,热量增大,散热器体积加大。因此根据元器件及性价比等因素,将电源工作频率进行优化设计,本例为fs=50kHz。T=1/fs=1/50kHz=20μs
2)磁芯选用
①选取磁芯材料和磁芯结构
选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁芯。其具有品种多,引线空间大,接线操作方便,价格便宜等优点。
②确定工作磁感应强度Bm
R2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度Bs=0.47T,考虑到高温时Bs会下降,同时为防止合闸瞬间高频变压器饱和,选定Bm=1/3Bs=0.15T。
③计算并确定磁芯型号
3)计算原副边绕组匝数
按输入电压最低及输出满载的情况(此时占空比最大)来计算原副边绕组匝数,已知Umin=176V经整流滤波后直流输入电压Udmin=1.2×176=211.2V。
对于半桥电路、功率变压器初级绕组上施加的电压等于输入电压的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V,设最大占定比Dmax=0.9,则tonmax=×T×Dmax=×20×0.9=9.0μs。
图3辅助电源原理图
Upmin×tonmax×104=105.6×9.0×10-6×104代入公式N1===8.9匝
次级匝数计算时取输出电压最大值Uomax=16V。次级电路采用全波整流,Us为次级绕组上的感应电压,Uo为输出电压,Uf为整流二极管压降,取1V。Uz为滤波电感等线路压降,取0.3V,则Us===19.22VN2=×N1=×8.9=1.8匝。为了便于变压器绕制,次级绕组取为2匝,则初级绕组校正为:N1=×N2=10匝。
4)选定导线线径
在选用绕组的导线线径时,要考虑导线的集肤效应,一般要求导线线径小于两倍穿透深度。变压器工作频率50kHz,在此频率下铜导线的穿透深度为Δ=0.2956mm,因此绕组线径必须是直径小于0.59mm的铜线。另外考虑到铜线电流密度一般取3~6A/mm2,故这里选用0.56mm的漆包线8股并联绕制初级共10匝,次级选用厚0.15mm扁铜带绕制2匝。
3.4、辅助电源的设计
辅助电源采用RCC变换器(RingingChokeConverter),见图3。其输入电压为交流220V整流滤波电压,输出直流电压为12.5V,输出直流电流为0.5A。电路中Q8和变压器初级绕组线圈N1与反馈绕组线圈N3构成自激振荡。R72为启动电阻。Q9、R77构成辅助电源初级过流保护。D20、C81、ZD1、Q11、R75、R76构成电压检测与稳压电路,控制Q8的基极电流的直流分量,从而保持输出电压恒定,变压器采用EE19、LP3材质构成。初级180匝,反馈绕组5.5匝,次级11匝,初级电感量是2.6mH,磁芯中间留有间隙0.4mm。
3.5、驱动电路
驱动电路如图4所示。TL494输出50kHz的脉冲信号,通过高频脉冲变压器耦合去驱动功率MOS管。次级脉冲电压为正时,MOS管导通,在此期间Q7截止,由其构成的泄放电路不工作。当次级脉冲电压为零时,则Q7导通,快速泄放MOS管栅级电荷,加速MOS管截止。R70是用于抑制驱动脉冲的尖峰,R68、D15、R67可以加速驱动并防止驱动脉冲产生振荡。D17和与它相连的脉冲变压器绕组共同构成去磁电路。