移相全桥参数

● 输入电压mod in V -：270VDC ±20%

● 输出电压o V ：60V

● 输出电流mod o I -：25A

4.1.2 变压器的设计

1)原副边匝比

为了降低输出整流二极管的反向电压，降低原边开关管的电流应力，提高高频变压器的利用率，高频变压器原副边匝比应尽可能大一些。为了在输入电压围能够输出所要求的电压，变压器的匝比应按输入电压最低时来选择。设副边最大占空比为0.425，此时副边电压为sec min V ：

sec min max 73.1762o D Lf

e V V V V D ++==(V) (4.1)

其中，

o V 为变换器的输出电压， 1.2D V V =为副边整流二极管的导通压降，1Lf V V =为输出滤波电感寄生电阻在变换器额定输出时的直流压降，max e D 为变压器副边的最大占空比。 变压器的原副边匝比为：mod min secmin 270(120%) 2.95273.176

in V K V -?-=

== 2)选磁芯

初选新康达锰锌软磁铁氧体铁芯EE42A ，其2235e A mm =。

3)确定原副边匝数

匝数的确定可以先确定原边，也可先确定副边，但由于原边的电压是变化的，可根据输出是固定的来先确定副边匝数N s ，由电磁感应定律有： 4o s s m e V N f B A = (4.2)

将60o V V =，310010s f Hz =?，0.15m B T =，2235e A mm =代入上式有：

36

60 4.25534100100.1523510s N -==????? 取4s N =匝，又由11.75p s N K N =?=，取12p N =匝，N p 为变压器原边匝数。

4)导线的选取

导线应根据导线的集肤效应的影响来选取导线的线径，即根据穿透深度的大小来选取线径，导线线径应小于两倍的穿透深度?，穿透深度根据下面的公式计算：

?=(4.3)

式中ω为交变角频率，0r μμμ=为导线的磁导率，γ为导线的电导率(此处

2s f ωπ=，1r μ=，70410/H m μπ-=?，65810/m γ=?Ω?)，经过计算，可得0.1975?=mm ，导线直径d 应小于2?，所以应选厚度小于0.375mm 的铜皮，选取电流密度为23.5/J A mm =，变压器原边的导电面积：

3

2modmin 1.510 2.3343.5270(120%)85%o

p in P S mm JV η-?===??-? 所以原边选用一层20.1520mm ?的铜皮绕制。此处mod min in V -为模块输入电压的最小值。

同理，变压器副边绕组的导电面积为25.05s S mm =

==，实际选用20.2520mm ?的铜皮一层绕制。

5)窗口面积核算

变压器的原副边都采用铜皮绕制，所以只需核算一下磁芯的窗口宽度即可。窗口中铜皮的厚度为原副边的铜皮厚度之和：120.150.2542 3.8?+??=mm ，小于42EE A 的窗口长度8.75mm ，所选磁芯完全适合。

4.1.3 输出滤波电感的设计

1. 电感值的选取

滤波电感的经验设计是使电感电流的脉动为额定输出电流的20%，也就是说要使电感电流为额定输出的10%时电感电流是临界连续的，因为每个模块的额定输出为25A ，所以应设定电感电流输出2.5A 时电感电流是临界连续的，那么有：

modmax 11/2

s f in o o T L I V K V V -????+= ?-?? (4.4) modmax 12/o o f s in V V L f I V K -??=- ????? (4.5)

若考虑整流管压降D V 和输出滤波电感寄生电阻而引起的直流压降Lf V ，则：

mod max (1)2/o o f s in D Lf V V L f I V K V V -=-??-- (4.6)

其中V in -mod max 是模块输入电压的最大值。将60o V V =、310010s f Hz =?、3K =、mod max 270(10.2)in V V -=?+、 1.2D V V =、1Lf V V =、5I A ?=代入上式，可计算得f L 26uH =。

2. 滤波电感的设计

滤波电感的设计步骤：

1) 根据功率容量和工作状态，选用EE42磁芯，磁芯的有效导磁面积为A e =182mm 2。

2) 初选气隙d =1.7mm ，根据公式：

20e

N A L d μ= (4.7)

可得绕组匝数N =13.9，取N =14，则实际气隙d =1.72mm 。

3) 核算磁芯最高工作磁密B m 。根据公式：

0m NI

B d μ= (4.8)

其中mod /227.5o Lf I I i A -=+?=，可得B m =0.28T 。EE42的饱和磁密B s =0.39T ，B m

4)导线的选取。

滤波电感电流有效值的最大值max -mod /227.5Lf o Lf I I i A =+?=，取电流密度为4A /mm 2，则需要的导线截面积为2max / 6.875Lf S I J mm ==。考虑集肤效应，选用0.35?0.2mm 2的铜皮单层绕制。

5) 窗口面积核算

滤波电感用铜皮绕制，因此只要核算窗口宽度即可。需要的窗口宽度为0.35?14mm=4.9mm ，小于EE42的窗口宽度8.75mm ，该磁芯符合设计需要。

4.1.4 功率器件的选择

1) 开关管的选择

FB-ISOP 组合变换器的开关管的电压应力ds V 为每个模块的输入电压，是总的输入电压的一半，可得max mod max 270 1.2324ds in V V V -==?=，电流应力s I 为每个模块输出电流折射到原边的电流值，可得max mod /8.33s o I I K A -==，考虑裕量，可选用IXYS 公司的IRFP460(500V /20A )。

2) 输出整流二极管的选择

变压器副边采用全波整流，因此输出整流二极管承受的电压为两倍的变压器副边电压，二极管的最大电压应力mod max 22270(1+20%)=

==2163in max d V V V K -??。二极管最大电流应力

max d I 19.445A ==，mod max o I -是每个模块输出电流的最大值。考虑一定的电压电流裕量，选用IXYS 公司的共阴极二极管DSEC60-04AC (400V /2?30A )。

4.1.5 谐振电感的设计

1 电感值的选取

考虑到谐振电感的选用必须满足由于：

max max 21loss e D D +< (4.9)

max mod min 60 1.2120.864/2700.8/3

o D Lf

e in V V V D V K -++++===?，因此max max 1loss e D D <-=0.136，选择选择最大占空比丢失为0.1loss D =，可以得到谐振电感量为：

()mod min mod 6.484in loss r o s V KD L H I f μ--== (4.10)

实际选取选择谐振电感为6.5H μ。

根据原理样机的性能要求，选IRF460作为主开关管，在V dc ＝25V 时，其结

电容'870o

C pF =。MOSFET 输出电容是非线性的，等效电容值与V ds

有'oss o C C =[29]，因此：

870265()oss C pF ==

(4.11) 滞后管开关时，变压器副边是短路的，实现软开关的能量只有L r 的能量。因此为了实现软开关，必须满足下式：

22mod 1423lag r oss in I L C V -≥ (4.12)

由此，可以得到：

min 2.815()lag I A == (4.13)

此时对应的负载电流为2.81538.445?=(A)，是满载电流的33.8％，也就是说，当负载电流大于满载电流的33.8％时，滞后管可以实现软开关。

超前管的驱动信号之间的死区时间设置为t d (lead )=200ns ，在死区时间，将即

将开通的超前管的结电容电荷全部抽光所需要的电流为：

mod min ()0.358()oss in lead d lead C V i A t -== (4.14)

该电流对应于负载电流为0.3583 1.073()A ?=，是负载电流的4.3%，也就是说，当负载电流大于满载电流的4.3%，超前管可以实现软开关。

2 谐振电感的设计

1) 根据功率容量和工作状态，选用EE33磁芯，磁芯的有效导磁面积为A e =111mm 2。

2) 初选气隙d =0.5mm ，根据公式：

20e

N A L d μ= (4.15)

可得绕组匝数N =4.828，取N =5，则实际气隙d =0.54mm 。

3) 核算磁芯最高工作磁密B m 。根据公式：

0m NI

B d μ= (4.16)

其中()mod /2/9.167o Lf I I i K A -=+?=，可得B m =0.1T 。EE33的饱和磁密B s =0.39T ，B m

4) 导线的选取。

谐振电感电流有效值的最大值max 9.167r I I A ==，取电流密度为4A /mm 2，则需要导线的面积为max /r S I J ==2.291mm 2。这里选用励磁线（每股为φ0.1的漆包线100根绞制）绕制，其导电面积为210.11000.7854S π??=

=mm 2，因此需要的股

数为1/S S ＝3。

5) 窗口面积核算

取填充系数K u =0.3，则需要磁芯的窗口面积为5?3?S 1/K u ＝39.25mm 2，小于EE33的窗口面积为63.8mm 2，所选磁芯满足要求。

4.1.6 输出滤波电容和输入电容和选择 根据()o 2128o s D U Q U C LCf -??==，ΔU o =0.1mV 代入，2D =0.85，f s =100kHz ，并将前面所求得的滤波电感值L 代入，可求得C 。