移相全橋方案參數(shù)設(shè)計

1、3高頻變壓器計算3.1變比的計算為了減小整流橋單元的電壓應(yīng)力，本項目選擇高頻變壓器的結(jié)構(gòu)為一個原邊繞組和五個副邊繞組，五個副邊繞組分別經(jīng)整流橋輸出的電壓串聯(lián)組成逆變器所需的直流電壓，具體結(jié)構(gòu)如圖13所示。為了提高高頻變壓器的利用率，減小開關(guān)管的電流，降低輸出整流二極管的反向電壓，從而減小損耗和降低成本，高頻變壓器原副邊變比盡可能地大一些。為了在輸入電壓范圍內(nèi)能夠輸出所要求的電壓，變壓器的變比應(yīng)按最低輸入電壓Uin(min)選擇。選擇副邊的最大占空比為Dsec(max),則可計算出副邊電壓最小值Usec(min)為其中，Uo(max)是輸出電壓最大值，為893.2V，UD是輸出整流二極管的通態(tài)壓

2、降，為1.5V，U（rec）f是輸出濾波電感上的直流壓降，約為0.2V。故變壓器副邊電壓最小值原副邊變比K=Uin(min)/Usec(min)=380V/1054.6V=0.36。圖13.變壓器原副邊連接示意圖3.2磁芯選擇磁芯選擇比較通用的方法是面積乘積法。它是磁芯截面積與線圈有效窗口面積的乘積。對于全橋電路，假定在最低輸入電壓時，最大占空比為0.8，開關(guān)管導(dǎo)通時間為0.8Tsw，效率=80%，線圈銅填充系數(shù)為0.4。則面積乘積公式上式中Po是變壓器輸出功率，為10kVA/(90%×95%)=11.695kVA(變頻電源每相輸出功率為10kVA，考慮工頻逆變電路的轉(zhuǎn)換效率為90%

3、，不控整流的轉(zhuǎn)換效率為95%)，f是變壓器工作頻率，為20kHz。Bmax為磁通密度擺幅，取為0.20T。代入以上數(shù)字計算得，AP=131.9cm4。磁芯選擇NCD公司的EE型鐵氧體磁芯，材料為LP3，磁芯結(jié)構(gòu)示意圖如下圖14 NCD公司EE系列鐵氧體磁芯結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)所計算的AP值對比NCD公司的磁芯規(guī)格，考慮留一定的尺寸裕量，最終選擇EE110鐵氧體磁芯。表3 NCD磁芯規(guī)格磁芯型號A/mmB/mmC/mmD/mmE/mmF/mmAe/mm2Aw/mm2Ap/cm2EE11011055.5363674.23812961451.6188.1274EE10010060282871.546.57

4、842022.75158.5836EE858545.531.526.65531837.9880.473.768723.3原副邊匝數(shù)和繞組線徑計算（1）確定原副邊的匝數(shù)變壓器的副邊匝數(shù)可由下式確定：取整數(shù)為52匝，根據(jù)變壓器副邊對原邊的變比K=0.36，可得原邊匝數(shù)為NWp=18.7匝，取整數(shù)為19匝。（2）確定繞組線徑考慮高頻逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，不控整流的轉(zhuǎn)換效率為95%，則不控整流電路輸入功率P（rec）in=10000VA/（5×90%×95%）=2339.18VA。原邊繞組電流最大值為：取繞組導(dǎo)線電流密度為J=3.5A/mm2，則原邊繞組導(dǎo)線最小截面積為：20k

5、Hz開關(guān)頻率下銅導(dǎo)線的穿透深度為式中，=2fsw，為角頻率，fsw為開關(guān)頻率，為銅導(dǎo)線的磁導(dǎo)率（在真空中=4×10-7H/m），為銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率，=58×106/（·m），穿透深度的單位為m。為了更有效的利用導(dǎo)線，減小集膚效應(yīng)的影響，一般要求導(dǎo)線線徑r小于2倍穿透深度，即r2。代入數(shù)字計算得,20kHz開關(guān)頻率下銅導(dǎo)線的穿透深度為4.67×10-4m，則變壓器原邊繞組導(dǎo)線線徑r0.934mm。由原邊導(dǎo)線最小截面積計算得銅導(dǎo)線線徑為由于原邊電流較大，因此采用0.15mm的銅箔繞制，所用銅箔的寬度為10.35mm2/0.15mm=69mm2F=76mm。副邊

6、繞組流過的電流的最大值副邊繞組導(dǎo)線最小截面積為：選取銅導(dǎo)線的直徑該數(shù)值大于2倍的穿透深度，因此可以選擇2股外徑為0.78mm（銅芯標(biāo)稱直徑為0.72mm，銅芯截面積為0.4072mm2）的漆包線進行繞制。（3）窗口面積校核根據(jù)工程經(jīng)驗，EE系列磁芯元件的填充系數(shù)應(yīng)小于0.5。線圈在磁芯框架兩端共留10%不繞線。因此磁芯框架的有效長度：原邊線圈總厚度Hp=Dp×dp+(Dp-1)×a，a為層間絕緣厚度，導(dǎo)線直徑在0.2mm以上的可采用0.06mm厚的絕緣紙。Dp=NWp=19代入數(shù)字計算得Hp=3.93mm。副邊每層可繞匝數(shù)需繞的層數(shù)Ds=NWs/Ns=52/38.81=1.

7、34，取整數(shù)為2。副邊線圈厚度Hs=Ds×ds+(Ds-1)×a，a為層間絕緣厚度，導(dǎo)線直徑在0.2mm以上的可采用0.06mm厚的絕緣紙。代入數(shù)字計算得Hs=1.62mm。所有線圈總厚度H=Hp+Hs×5=12.03mm因為H<(E-D)/2=18.1mm，所以該磁芯滿足設(shè)計要求。4移相全橋電路參數(shù)設(shè)計移相全橋電路示意圖如圖15所示。圖15.移相全橋電路示意圖4.1隔直電容的參數(shù)計算隔直電容除了可以將電路中的直流成分濾除，防止高頻變壓器飽和外，還能在整流二極管即將換流時迅速衰減原邊電流，使得二極管能順利實現(xiàn)自然換流。另外，隔直電容還能減小占空比丟失。因為該

8、電容既要充電又要放電，選擇無極性的電容，可根據(jù)下式來選取隔直電容：Umax為變壓器副邊最小輸出電壓的10%，I(PFC）o為PFC模塊輸出電壓，D為占空比，取為0.85，Tsw為開關(guān)周期。考慮移相全橋電路轉(zhuǎn)換效率為90%，則移相全橋電路輸入功率為P（SPFB）in=。由（17）式，代入數(shù)值計算得。取標(biāo)稱值為6.8F，考慮到變壓器原邊電流值為36.24A，選擇EACO公司的200V AC 20A膜電容，采用2個電容并聯(lián)，型號SRB-330-6.8-4V#，單個電容尺寸為53*34*12mm。4.2開關(guān)管諧振電感和電容的設(shè)計（1）超前橋臂諧振電容的設(shè)計超前橋臂開通過程中，輸出濾波電感LrecA折算

9、到原邊與諧振電感Lr串聯(lián)，用來實現(xiàn)超前橋臂ZVS的能量是LrecA和Lr中的能量。一般來說，LrecA很大，所以在超前橋臂開通過程中，可以認為變壓器原邊電流近似不變，等效于一個恒流源。因此，為了實現(xiàn)超前橋臂的零電壓開通，只要T1和T3驅(qū)動信號的死區(qū)時間滿足以下關(guān)系：由上式可以看出，當(dāng)輸出電流I（PFC）o變小時，C3放電到零的時間會變長，即超前橋臂在輕載時可能失去零電壓開通條件。因此選擇電容C1和C3要依據(jù)超前橋臂死區(qū)大小和要求實現(xiàn)零電壓開關(guān)的負載范圍來確定。同時考慮在最高輸入電壓，也就是最難實現(xiàn)零電壓開通時來確定。設(shè)置超前橋臂死區(qū)時間為，考慮變換器在大于20%額定負載時都能實現(xiàn)ZVS，即I（

10、PFC）o大于時能實現(xiàn)零電壓開關(guān)，輸入最高電壓為，由上式可得（2）滯后橋臂諧振電容和電感的設(shè)計滯后橋臂零電壓開通時，只有諧振電感提供換流的能量，所以要能夠零電壓開通，必須有以下三個條件：1） 諧振電感儲能必須大于滯后臂并聯(lián)電容儲能，即：2） 滯后橋臂開通時，原邊電流近似為恒定。滯后橋臂的并聯(lián)電容滿足：3） 滯后橋臂開關(guān)的死區(qū)時間應(yīng)小于或等于四分之一的諧振周期，即在以上幾個約束條件以及滯后橋臂死區(qū)時間和輸入電流時實現(xiàn)ZVS，從而可以選擇合適的諧振電感Lr和諧振電容Clag。由于串聯(lián)諧振電感和開關(guān)器件并聯(lián)電容均不宜過大或過小，故諧振電感應(yīng)與開關(guān)管并聯(lián)電容協(xié)調(diào)確定。根據(jù)式（25）和實際電路參數(shù)可得：根據(jù)式（26）確定串聯(lián)諧振電感Lr