1、2019/6/11,1,八 ：半桥变换器电路的分析及其变压器设计,半桥电路一般应用于比较大的功率场合：如200W以上的电源中。由于自身的优点，在实际产品中得到了广泛的应用。最近两年应用比较多的拓扑之一：谐振半桥电路的应用-LLC resonant half bridge。,2019/6/11,2,半桥变换器的拓扑结构如下图：,电容C1、C2容量很大，因此，Vc1=Vc2=1/2Vin 。,2019/6/11,3,实际上是由两个正激变换器的组合，每个正激变换器的输入电压为Vin/2，输出电压为Vo。原边绕组匝数为W1，两个副边绕组匝数相等，即W21=W22=W2，Llk为变压器的漏感，下面分析L
2、lk=0的工作原理。,2019/6/11,4,LLC谐振半桥变换器的拓扑结构如下图。由于应用该拓扑结构，电源效率得到了的提高，最近三年在工业产品中应用很广泛。,2019/6/11,5,不考虑漏感时半桥变换器工作的波形如下图。,2019/6/11,6,1. Q1 导通时，Vab=1/2Vin，“*”端为正极性，故D3导通，D4反偏截止。输出滤波电感电流iL1线性增长。在t=ton时，Q1关断，由于iL1方向不能改变，故副边绕组W21和原边绕组W1也按原方向流动，is1=id3从W21的“*”端流出，ip则从“*”流入，于是D2续流，因此Vab极性反转，使D4导通。由于两个整流管同时导通，将变压器
3、副边电压箝在零。因此Vab=0，这是ip=0。D2截止。实际上不考虑漏感，当Q1关断，Vab出现负的时间极短，通常可以忽略。,2019/6/11,7,2. 在Ton，Ts/2,iL1在Vo作用下下降，故iW21=iW22也相应下降。3. 在t=Ts/2时，Q2导通，Vab反向，变压器电势“非*”为正，ip从零反向増长。 Id3从1/2iL1増长到iL1。,2019/6/11,8,在Ts/2，Ton+Ts/2期间，iL1又增长，故iD3和iW1也相应增长。在t=Ton+Ts/2时，Q2关断，工作原理与Q1关断时相似。,变压器在一个开关周期中不能产生偏磁，也就是“正负伏秒数相等”，实际上是正向增加
4、的磁通跟反向增加的磁通相等。,2019/6/11,9,基本关系：设Q1和Q2的导通时间为Ton，则Dy=Ton/Ts/2, 电感电流连续时输出电压表达式为：Vo=1/2*Vin/K*Dy 其中K=W1/W2,2019/6/11,10,考虑漏感时半桥直流变换器的工作原理：由于漏感的存在，变换器的工作原理与前面不考虑漏感有两点不同：1、当开关管关断时，Vab出现一段时间反向电压；2、存在占空比丢失。1、在Ton时刻，Q1关断。根据前面的分析，D3、D4同时导通，变压器原边电压箝在零。因此Vab=-Vin/2，全部加在漏感上，使ip线性下降。由于漏感很小很小，ip很快下降到零。此时二极管D2关断，V
5、ab=0。,2019/6/11,11,2、 占空比丢失Q2导通时，原边电流ip从零开始增加，因此原边电流不足以提供负载电流，此时两个整流管继续同时导通，将变压器副边电压箝在零位，直到原边电流增加到-W2/W1*iL1,D3才关断。副边丢失了一段时间的方波。,2019/6/11,12,应用于半桥电路的控制芯片的介绍：,以控制芯片LM5030为例讲解控制电路的工作过程。,LM5030的引脚分布图如下：,2019/6/11,13,全桥变换器电路结构,视在功率与拓扑结构之间的关系,2019/6/11,16,1.双极性开关电源变压器的计算,设计前应确定下列基本条件： 1.电路形式,开关工作频率 2变压器
6、输入电压幅值 3.开关功率管最大导通时间 4变压器输出电压电流 5.输出侧整流电路形式 6.对漏感及分布电容的要求 7.工作环境条件等,2019/6/11,17,（1）确定磁心尺寸,1）求变压器计算功率Pt Pt 的大小取决于变压器输出功率及输出侧整流电路形式： 全桥电路,桥式整流：Pt=(11/)Po 半桥电路，双半波整流：Pt=(1/ )Po 推挽电路，双半波整流：Pt=(1/1) Po 式中：Po=UoIo，直流输出功率。Pt 可在（22.8）Po 范围内变化Po 及Pt 均以瓦（W）为单位。为变压器的效率。,2019/6/11,18,2）确定磁通密度Bm,Bm 与磁心的材料、结构形式及
7、工作频率等因素有关，又要考虑温升及磁心不饱和等要求。对于铁氧体磁心多采用0.2T（特斯拉T）左右。 1T=1000Guass,2019/6/11,19,3）计算磁心面积乘积AP,AP等于磁心截面积Ae（cm2）及窗口面积Aw（cm2）的乘积： 式中： Ku铜窗口有效使用系数，与导线粗细、绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关。一般取Ku=0.20.4。 Kf波形系数，正弦波取4.4（工频变压器设计），方波取4.0（高频变压器设计），,2019/6/11,20,Kj电流密度系数，与磁芯结构形式、温升要求等有关。对于常用的E 型磁心，当温升要求为25时，Kj=366；要求50时，Kj=534。环型磁
8、心，当温升要求为25时，Kj=250;要求50时，Kj=365。 由AP 值选择适用于或接近于AP的磁性材料、结构形式和磁心规格。,2019/6/11,21,1）一次绕组匝数：,式中：Up1一次绕组输入电压幅值（V）,（2）计算绕组匝数,2019/6/11,22,2）二次绕组匝数：,N2=(Up2N1）/Up1（匝） Ni=(UpiN1）/Up1(匝) 式中：Up2Upi二次绕组输出电压幅值（V）,2019/6/11,23,（3）选择绕组导线,导线截面积Smi=Ii/j(mm2) 式中：Ii各绕组电流有效值（A） j电流密度 j=KjAP0.14102(A/mm2),2019/6/11,24,
9、（4）损耗计算,1）铜损 2）磁心损耗,2019/6/11,25,对于我们这样的电子比赛更多的只是一个过程，而不是一个结果，过程比结果更重要。在这个过程中学会了分析问题和解决问题的方法，学到了真正属于自己的知识。通过制作，激发大家学习专业的热情。 你们的能力能被社会和企业认可，那才是真正的能力，其他人说你们能力不行是没有用的。,2019/6/11,26,前天晚上的比赛，虽然有点不公平，受了一点小小的打击，也没有什么大不了。,男子汉大丈夫，能屈能伸。 为什么不公平？ 很多人不懂电源。,自己有能力什么都不怕，最怕的是自己什么都不懂。,老师支持你们，相信你们的。 平时要求严格一点而已，指出我们自身存
10、在的不足，是为了提高我们的专业能力。电源和51的作品，无法去比较，游戏规则就错了。这是老师的错。现在的结果是事实，就要去面对，不要想太多，以后我们会改正游戏规则。,2019/6/11,27,人是在磨砺中长大的。 出了社会，有很多问题需要去面对，社会 不公平的地方很多，需要自己去努力减小不公平的机会。,人要学会感恩，自己获得的很多都是别人给你予的，自己的努力只是一部分。尤其是学生时代，所学到的知识是很多老师一起教给你们的，并不是那一个老师教的。,2019/6/11,28,高频变压器应用技术考试： 姓名： 学号： 专业：应电08（1）或电子工艺08（1） 题目：根据已知的条件设计出一个变压器并测量
11、其值。要求： 1、已知条件：电源规格如下：Vin：100Vac240Vac/50Hz；输出：5V/4A；fs:65KHz，整机的效率为80%，变压器的效率为95%。 拓扑结构采用反激式，磁芯材料PC40 2、设计变压器（详细的步骤），并要求计算铜损、铁损和变压器的温升。 3、测量变压器（原边电感、漏感和直流电阻） 4、报告要附上实物图，报告要打印出来。,附加说明：应电：017号 和电子工艺的111号： 第一种方法设计变压器；其他同学用第二种方法设计变压器（12个人一组）。,第一种方法：用视在功率计算AP值，用原副边峰值电流计算匝数； 第二种方法：用反激电压Vf来计算匝比，用电感量和峰值电流计算AP值。,
