逆变器推挽式变压器的设计

　　推挽式逆变器

　　图1所示为推挽式逆变器的主电路及其工作波形。逆变器是由具有中心抽头变压器，两只开关管V1、V2砀和两只二极管D1、D2构成的，是一种完全对称的结构形式。而且V1，和V2发射极接在电源的负极，驱动十分方便，也不必进行隔离。变压器两个初级绕组的匝数相等，即W11=W12=W1，次级绕组的匝数为w2。

　　1．开关管V1和V2180°互补导通工作

　　图1（b）、（c）是开关管V1，和V2工作在180°互补导通时的工作波形。当V1，导通时，电源电压Ui加在变压器初级绕组W11上，在W11中感应出与电压Ui，相等的电动势，其“x”端为正极性。当砀导通时，Ui，加在变压器初级绕组W12上，W12的电动势“x”端为负极性。

　　故在变压器次级绕组W2中的电动势是一个宽度为180°的方波交流电动势，其幅值为EW2。

　　在开关管V1，和V2关断时，它的电压为Uv1＝UV2=Ui+e1，e1，W11或W12中的感应电动势，故e1Ui，则UV1＝UV2=2Ui。为了减小V1，和V2关断时引起的电 图1推挽式逆变器的主电路及其工作波形压尖峰，W11c或W12绕组应紧密耦合。

　　

　　如果输出端接的是电阻负载，电阻为RLd（，负载电流IRd和输出电压u。的波形相同。电

　　流幅值IRd=如图1（b）所示。如果输出端接的是电感量为L的电感负载，则电感电流iL为三角波，电流变化率：，其最大值为，式中fs为逆变器输出电压的频率如图1（c）所示。在输出电压U。的正半周，iL为正时，电源的电能向负载输送，折算到初级的负载电流通过开关管U1；电流i1－为正而电压锐。变负，即开关管V1关断、V2导通时，原来在绕组W11中的电流因V1，关断而转移到绕组W12中，电流方向不变，故实际上是二极管砀续流。当t＝鲁7＇，时，负载电流iL下降到零，而后通过开关管V2反向增加。由此可知：在纯电阻负载时，只有开关管中有电流；而在感性负载时，开关管和二极管中都有电流流过，但是在任意时刻只有一个器件通过电流。

　　2，开关管V1和V2导通时间小于180°

　　如果开关管V1和V2的导通时间减少，则输出电压为宽度小于180°的方波，如果是电阻负载，则负载电流iL；的波形和电压U。的波形相同，如图1（d）所示。在感性负载时，电感电流的波形为一个三角波，如图1（e）所示。开关管V1导通，电流iL在电压仍。的作用下上升；开关管V1关断，电流iL经二极管砀续流，电流下降。D2续流使电流Ui加在绕组W12上，故输出电压为负9如图1（e）中的阴影部分所示，从而造成输出电压U。的畸变。如果开关管V1，和V2的导通时间大于TS，则在感性负载时输出电压U。成180°宽的方波，且不再受开关管V1，和V2导通时间变化的影响。

　　逆变器推挽式变压器的设计

　　推挽式变压器的设计分为AP法和KG法两种设计方法，这两种设计方法都是以几何参数进行设计，主要区别在于，KG法是AP的基础上考虑了电压调整率，即加入电压调整率参数。下面是两种方法设计流程：

　　第一：计算视在功率：

　　PT=Po（1+1/G）1.414

　　式中的PT 是视在功率，Po是输出功率，G是变压器的能量传递效率，

　　第二：计算KE：

　　KE=0.145Kf^2Fs^2Bw^2 x 10^-4

　　式中Kf是波形因素，方波为4，正弦波为4.44，Fs是开关频率，Bw磁通密度。

　　第三：计算KG：

　　KG=PT/2aKe

　　式中a 是电压调整率

　　磁环KG用以下公式进行计算：

　　KG=Ae^2AwKo/MLT

　　式中的Ae是芯的有限面积，Aw 是芯环的有限面积，MLT是每匝线圈的长度。

　　第四：根据KG值选择磁环的大小。

　　第五：计算AP：如果是KG法设计变压器，不用这一步。

　　AP=（PT x 10^4/KoKfFsBWKj）^1/1+x

　　式中Ko是变压器窗口使用系数。Kj是电流密度比例系数，X 是磁芯类型常数

　　第六：根据AP值选技磁环的大小，如果是使用KG法，不用这一步。

　　第七：计算原边线圈数：

　　NP=Vs x 10^4/KfFsBWAe

　　式中的NP为原边线圈数，Vs是最小输入电压。

　　第八：计算原边峰值电流

　　Ip=Po/VsG

　　第九：计算电流密度：

　　J=PT x 10 ^4/KoKfFsBwAp

　　第十：计算原边线圈的线经：

　　Axp=Ip/J

　　如果是全波整流Ip需要按0.707进行折算。公式如下：

　　Axp=0.707Ip/J

　　第十一：根据Axp值选择导线规格：

　　第十二：计算原边线圈阻值：

　　Rp=NpMLT UR/CM x 10^-6

　　第十三：计算铜损：

　　Pcup=IpRp

　　第十四：计算副边线圈数：

　　Ns=（VoNp/Vs）（1+a/100）;

　　第十五：计算副边线圈线经：

　　Axs=Io/J

　　式中的Io的是输出电流：如果是全波整流，需要按0.707折算。

　　Axs=Io x 0.707 / J

　　第十六：根据Axs值选择副边线圈的导线规格。

　　第十六：计算副边线圈电阻：

　　Rs=Ns MLT UR/CM x 10^-6

　　第十七：计算副边铜损：

　　Pcus=IoRs

　　第十八：计算总的铜损：

　　Pcu=Pcup+Pcus

　　第十九：检验电压调整率：

　　a =（Pcu x 100）/Po

　　第二十：计算满足效率下的总损耗：

　　Pc=Po/G-Po

　　第二十一：计算允许的铁损：

　　Pfe=Pc-Pcu

　　第二十二：根据线路计算实际发生损耗：

　　W/kg=0.165 x 10^-3Fs^1.41Bw^1.77

　　第二十三：计算实际铁损：

　　Pfes=W/kg Wtfe

　　式中Wtfe是单位内的铁损：

　　第二十四：根据实际铁损值和允许铁损值检验铁损是否达标：

　　第二十五：计算单位面的损耗：

　　Q=（Pcu+Pfes）/As

　　式中As是磁环总面积。

　　第二十六：根据设计数据检验总体设计是否达标。