移相全桥方案参数设计

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1、3高频变压器计算3.1 变比的计算为了减小整流桥单元的电压应力，本项目选择高频变压器的结构 为一个原边绕组和五个副边绕组，五个副边绕组分别经整流桥输出的 电压串联组成逆变器所需的直流电压，具体结构如图13 所示。选择。选择副边的最大占空比为了提高高频变压器的利用率，减小开关管的电流，降低输出整 流二极管的反向电压，从而减小损耗和降低成本，高频变压器原副边 变比尽可能地大一些。为了在输入电压范围内能够输出所要求的电压 变压器的变比应按最低输入电压 Uin(min)in(min)为D (、，则可计算出副边电压最小值U (i)sec(max)sec(min)Usec(min)U + 2U +Uo (

2、max)D(rec)fDsec(max)其中,U ()是输出电压最大值，为893.2V, UD是输出整流二极o(max)D管的通态压降，为1.5V, Uf是输出滤波电感上的直流压降，约为(rec)f0.2V。故变压器副边电压最小值U =sec(min)V = 1054.6V893.2 + 2 x 1.5 + 0.2085原副边变比 K=U /U =380V/1054.6V=0.36。in(min) sec(min)NWs7 7LrecA3忑 2SIsecC 丰recA3图 13. 变压器原副边连接示意图3.2磁芯选择磁芯选择比较通用的方法是面积乘积法。它是磁芯截面积与线圈有效窗口面积的乘积。对

3、于全桥电路，假定在最低输入电压时，最大占空比为 0.8，开关管导通时间为0.8T，效率n=80%，线圈铜填充系数为0.4。贝I面 sw积乘积公式35PAP = A A 沁 oe w fB max上式中Po是变压器输出功率，为10kVA/(90% X 95%)=11.695kVA (变频电源每相输出功率为10kVA，考虑工频逆变电 路的转换效率为 90%，不控整流的转换效率为 95%)， f 是变压器工作 频率，为20kHz。B 为磁通密度摆幅，取为0.20T。max代入以上数字计算得，力尸=131.9cm4。磁芯选择NCD公司的EE型铁氧体磁芯，材料为LP3，磁芯结构示意图如下图 14 NCD

4、 公司 EE 系列铁氧体磁芯结构示意图根据所计算的 AP 值对比 NCD 公司的磁芯规格，考虑留一定的 尺寸裕量，最终选择EE110铁氧体磁芯。表 3 NCD 磁芯规格磁芯型号A/mmB/mmC/mmD/mmE/mmF/mmAe/mm 2Aw/mm 2Ap/cm2EE11O11055.5363674.23812961451.6188.1274EE1OO10060282871.546.57842022.75158.5836EE858545.531.526.65531837.9880.473.768723.3原副边匝数和绕组线径计算（1）确定原副边的匝数变压器的副边匝数可由下式确定U 1054.6

5、N =o（max） = 51.5ws 2f 2B A2 x 20 x 103 x 2 x 0.2 x1280x10-6me取整数为52匝，根据变压器副边对原边的变比K=0.36，可得原边匝数为NWp=l8.7匝，取整数为19匝。（2）确定绕组线径考虑高频逆变器的转换效率为 90%，不控整流的转换效率为95%，则不控整流电路输入功率P =10000VA/ (5X90%X95%)(rec)in=2339.18VA。原边绕组电流最大值为：2339.18I = I/ k = 5 x/0.36A = 36.24Ap _ max sec_ max1054.6 x 0.85取绕组导线电流密度为上3.5A/m

6、m2，贝卩原边绕组导线最小截面积为：S p max P Jmm2 = 10.35mm3.520kHz 开关频率下铜导线的穿透深度为A 2式中，3=2兀/肿3为角频率，/w为开关频率，U为铜导线的磁 导率(在真空中n=4nX107H/m), Y为铜导线的电导率，Y =58X 106/ (Q m),穿透深度A的单位为mo为了更有效的利用导线，减小集肤效应的影响，一般要求导线线径r小于2倍穿透深度，即rW2Ao代入数字计算得,20kHz开关频率下铜导线的穿透深度为4.67X104 m，则变压器原边绕组导线线径rW0.934mm。由原边导线最小截面积计算得铜导线线径为兀兀d 2巴2p10.35mm =

7、 3.63mm由于原边电流较大，因此采用0.15mm的铜箔绕制，所用铜箔的 宽度为 10.35mm2/0.15mm=69mm V 2F=76mm。副边绕组流过的电流的最大值2339.18VAI = 2.61As _max 1054.6 x 0.85V副边绕组导线最小截面积为：Ss max 2.61mm2 = 0.75mm23.5选取铜导线的直径S = 20.75 mm = 0.98mm该数值大于 2 倍的穿透深度，因此可以选择 2 股外径为 0.78mm(铜芯标称直径为0.72mm,铜芯截面积为0.4072mm2)的漆包线进 行绕制。3)窗口面积校核根据工程经验, EE 系列磁芯元件的填充系数

8、应小于0.5。线圈在磁芯框架两端共留 10%不绕线。因此磁芯框架的有效长度h 0.9(2 F 2) 0.9 x (2 x 38 2)mm 66.6mm原边线圈总厚度H=D Xd +(D 1) Xa, a为层间绝缘厚度，导线 直径在0.2mm以上的可采用0.06mm厚的绝缘纸。D =N =19代入数W字计算得 H =3.93mm。p副边每层可绕匝数Nsh66.6d Kp2x0.78x1.1 38.81s需绕的层数D=NWQ=52/38.81=1.34,取整数为2。s Ws s副边线圈厚度H =D Xd +(D 1) Xa, a为层间绝缘厚度，导线直555 x S 7径在 0.2mm 以上的可采用

9、 0.06mm 厚的绝缘纸。代入数字计算得 H =1.62mm。s所有线圈总厚度H=H +H X5=12.03mmps因为 H U(C + C )/1二 2C V /1d (lead)(PFC )o 1 3 (PFC )olead (PFC )o (PFC )o由上式可以看出，当输出电流 I PFC o 变小时， C3 放电到零的时 (PFC)o3间会变长，即超前桥臂在轻载时可能失去零电压开通条件。因此选择 电容c7和c5要依据超前桥臂死区大小和要求实现零电压开关的负载 范围来确定。同时考虑在最高输入电压，也就是最难实现零电压开通 时来确定。设置超前桥臂死区时间为1.2卩s，考虑变换器在大于2

10、0%额定负载时都能实现ZVS，即I PFC、大于1299545 %20%a = 6.84A时能实现零JPFCo380电压开关，输入最高电压为，由上式可得CleadC + CT I13 C V22 r ( PFC)olag (PFC)o2) 滞后桥臂开通时，原边电流近似为恒定。滞后桥臂的并联电容满足：厂C + C T IC _ T4 d(lag) (PFC)olag22U(PFC)o3) 滞后桥臂开关的死区时间应小于或等于四分之一的谐振周期，即T ：L (C + C ) =.2LCd (lag) 2 r 242r lag在以上几个约束条件以及滞后桥臂死区时间1.2卩s和输入电流12995.45

11、A = 34.20A时实现ZVS,从而可以选择合适的谐振电感L和谐 380r振电容C,。由于串联谐振电感和开关器件并联电容均不宜过大或过 lag小,故谐振电感应与开关管并联电容协调确定。根据式(25)和实际电路参数可得：lagC + C T I24 d(lagu r 兀2C lagrH 二 5.40 x 10-6H2 X (1.2X 10-6)2兀 2 X 54 X 10-94.3移相全桥模块的选取原边高频逆变电路采用移相全桥模块，模块开关管承受的最大电 压为前级PFC输出电压，不超过400V,流过开关管的最大电流为 36.24A。留取一定裕量，选取Infineon的600V 75A的IGBT模块， 型号为F4-75R06W1E3。实物图和尺寸如下1通率i 團 a 回灵運血 总& a 着生1图 16600VIGBT 模块实物图和尺寸