1000W大功率开关电源设计(5)

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P?pn?220?5/0.8?1375W （3-3）

因为最大输入电流选取的是交流输入电压的下限，所以

U最大输入线电流

in.max?380?80%?304V （3-4）

I

3.2.2 输入整流电容

in.max?P3Umin.min?1375?2.61A （3-5）

3?304取整流桥的额定电流为10A。

输入整流电容Cm取决于输出保持时间和输入纹波电压的大小。当系统电压最低时接在三相桥式整流电路两端的平均输出电压E为

E?3?2Ea （3-6） π其中，Ea为交流输入线电压。 考虑到本设计的相关参数得

E?1.35?380?(1?20%)?410.4V （3-7）

通过直流输入电路的平均电流为

Iav?PmE?1375?3.35A （3-8） 410.4单相全桥整流滤波电路的滤波电容为：

Cm?400~600Iav （3-9）

由于三相全桥整流滤波电路的基频为单相全桥整流滤波电路的3倍。因此，三相电路的滤波电容为：

C代入相关参数得

m?133~200Iav （3-10）

C

m?200?3.35?670uF （3-11）

根据计算结果，我们选择4个1000μF/400V的电解电容。

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3.3.3 输入滤波电感

输入滤波电感中最大电流为电路电压处于交流输入电压下限时通过输入电路的电流的平均值Iav。考虑到滤波电感的作用，则其电感越大，电流脉冲就越小，输入功率因素越高。但由于各方面的条件制约，我们只能选用C15?32?105硅钢片铁芯，线径为1.6㎜，电感为18mH的工频电感。

3.4 逆变电路的设计

3.4.1 功率转换电路

通过第二章的分析可以知到，本文设计的开关电源为功率电源一类，选用全桥式功率转换电路较好。

3.4.2 确定电路工作频率

考虑到开关管的相关参数、主电路及控制电路的特性等一系列因素，选取开关管的工作频率为30KHz。

3.4.3 高频变压器的计算

（1）选取工作磁通密度

考虑到高频变压器的相关参数，我们应选取的磁芯为MX0-200铁氧体材料，那么它的工作磁通密度为900Gs。

（2）考虑磁芯规格并计算原边绕组匝数

根据开关电源所选用高频变压器的设计要求，我们采用环形磁芯。 那么，选用的环形磁芯的规格为：

D?d?h?120?60?20mm

式中：D——环形磁芯的外径；d——环形磁芯的内径；h——环形磁芯的厚度。

高频变压器的原边总的截面积为：

NS1C?V1ton?100 （3-12）

2?B式中，工作频率f为30KHz；ton为导通时间，由计算所得的占空比可

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知，导通时间取11μs；V1为原边绕组上的电压，其最大值为系统电压最大时的三相整流滤波输出电压。那么V1max应当取值为：

V1max?380?(1?20%)?2?644.7V （3-13）

磁芯截面积Sc为：

SC?D?d120?60?h??20?600mm2 （3-14） 22那么，高频变压器原边绕组的匝数N1为：

N1?644.7?11?100?65.6 （3-15）

2?6?900高频变压器原边绕组的匝数应当取整，结果为66。

（3）按照设计要求，输出电压的最大值为286V。考虑到线路传输的压降，选取该压降为0.3V。因此，该开关电源的输出电压最大值为：

Vo.max?325?0.3?325.3V （3-16）

考虑到相关参数和结算结果，我们选取输出整流二极管的压降为2V，滤波电感的压降为0.6V，开关桥的最大占空比Dmax为0.66。那么，当满足输出电压最大值与额定负载时，高频变压器副边绕组电压最小值为：

V2min?(325.3?2?0.6)/0.66?496.8V （3-17）

又因为理想变压器的原、副边的电压比与其绕组的匝数比相等，所以得高频变压器的副边绕组匝数的计算公式为：

N2?V2minN1 （3-18） V1min其中，原边绕组的电压最小值为：

V1min?380?(1?20%)?1.35?410.4V （3-19）

因此，通过计算我们可以得到高频变压器的副边绕组的匝数为：

N2?496.8?65?78.7 （3-20）

410.4对上式结果取整后可以得到高频变压器副边绕组匝数为79。 （4）实际占空比的计算

当满足输入电压最低和输出电压最高时，有最大脉冲占空比Dmax。

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V1min?380?(1?20%)?1.35?410.4V （3-21）

V2min?N279V1min??410.4?491V （3-22） N166Dmax?Vo.max?Vo.D?Vorl325.3?2?0.6??0.668 （3-23）

V2min4912?0.668?33.4/2?11.15us （3-24）

ton.max?DmaxT通过计算结果可知，最大占空比为0.668，导通脉宽为11.15μs。 当满足输入电压最高和输出电压最低时，有最小脉冲占空比Dmin。

V2max?N279V1max??644.7?771.7V （3-25） N166假设，此时VoD?Vorl?1V，

Dmin?Vomin?VoD?Vorl195?1??0.254 （3-26）

V2max771.7ton.min?DminT2?0.254?33.4/2?4.24us （3-27）

通过计算，我们可以得到最小脉冲占空比为0.254，导通脉宽为4.24μs。 （5）绕组导线的选取

当负载电流为额定电流的105%时，流过输出电感的电流平均值为

I2av?5?105%?5.25A，流过副边绕组的电流幅值为

。

I2m?I2avDmax?5.25/0.668?7.86A由于运动中的电子具有趋肤效应，经查找相关资料，当工作频率为30KHz时，电子的穿透深度为0.3815㎜。所以，在选取导线时，其线径应当小于0.763㎜。考虑到线圈的绕制问题，我们选取线径为0.31㎜的导线，以便于绕制线圈。

折算后的原边绕组流过的电流为：

I21?N279I2m??5.25?6.28A （3-28） N166折算后的励磁电流幅值及其平均值为：

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Iu?8%I2m?0.08?5.25?0.42A （3-27）

Iuav?Iu?0.42/2?0.21A （3-28） 2等效后的原边绕组的电流I1m及其有效值为：

I1m?I21?Iuav?5.25?0.21?5.46A （3-29）

I1?I1mDmax?5.46?0.668?4.46A （3-30）

因此，我们选取原边绕组的线径为0.31㎜，电流密度为J?3A/mm2，单根导线载流量为0.2264A，因而需用4.46（6）绕组面积的确定

0.2264 ?19.70根，取整为20根。

?120?60?20磁芯的面积为：

2S0?πd4?2826mm2 （3-31）

经查找相关资料可得，原边绕组的最大外径为0.37㎜。因此，原边绕组占有的标称面积为：

S1?π?0.372?20?66?141.93mm2 （3-32）

4副边绕组占有的标称面积为：

S2?π?0.372?24?79?203.86mm2 （3-33）

4占空系数β为：

??(S1?S2)S?(141.93?203.86)2826?0.12 （3-34）

0因此，窗口面积足够。 （7）校核绕组压降及功耗

?120?60?20磁环的高度为2㎝，径向厚度为3㎝，设副边绕组的平均匝长为15㎝。经过查找相关资料可知，0.31㎜导线的铜芯截面积为0.07548mm2。所以副边绕组的截面积S2为：

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