双正激变换电路设计模块

双正激钳位电路设计规范规范编码：TS-C010201007版本：V1.0密级：机密华为电气研究管理部执笔人:沈楚春页数：共11页双正激钳位电路设计规范2001年9月4日发布2001年9月20日实施深圳市安圣电气技术有限公司名称双正激钳位电路设计规范第2页，共13页前言本规范于2001年8月10日首次发布。本规范起草单位：一次电源研究部本规范执笔人：沈楚春本规范主要起草人：张华建、方旺林、李洪文本规范标准化审查人：林攀本规范批准人：李其祥本规范修改记录：名称双正激钳位电路设计规范第3页，共13页更改信息登记表规范名称:采用二极管箝位双正激变换器规范编码:TS-C010201007版本更改原因更改说明更改人更改时间名称双正激钳位电路设计规范第4页，共13页目录摘要.........................................................5缩写词/关键词/解释............................................51.来源......................................................52.适用范围..............................................53.规范满足的技术指标（特征指标）............................54.详细电路图.......................................................65.工作原理简介...................................................76.设计、调试要点...............................................87.附录......................................................11附录1.元器件明细表.......................................12名称双正激钳位电路设计规范第5页，共13页摘要本规范介绍了采用二极管箝位双正激变换器主电路。该电路来源于一次电源的老HD4850电路，该电路具有控制简单，可靠性高，低成本的特点。关键词：二极管钳位，双正激电路缩略词解释：无1.来源本规范中的电路来源于一次电源老HD4850模块，已经在HD4850模块中得到了大批量的使用验证，与之相关的外围单元电路有电压环控制电路、UC3526AN控制电路等。2.适用范围该单元电路可用于交流输入的中小功率整流模块中（1000-3500W），如一次电源25A、50A整流模块等。3.规范满足的技术指标（特征指标）输入电压：385VDC~400VDC输出电压：40VDC~60VDC；输出电流：0~50A；变换效率：92%；其他指标符合邮电部入网标准。4.电路图简化的双正激电路结构如下：名称双正激钳位电路设计规范第6页，共13页图1电路原理简图实际使用的详细电路结构如下：(TOJP107)HV+HV-VD4VD2VD1123VD3V2L1R2R4C1R1V1C2R3T13451267名称双正激钳位电路设计规范第7页，共13页图2HD4850电路原理图(TOJP503)(TOJP107)(TOJP108)HV+A+A-B+HV-FGB-IS-VD402VD403VD404VD406VD407VD408VD409123VD410123VD411V402R406R407R408R409R410VD12R413L401R402R405R403C424C425C426C427C428JP4061JP4071R401VD401V401C404C403C402R404VD405C407C408C405C406T4013451267R411R412R414FL401C423C440C416C415C414C412C411C413C417C418C419C420C421C422L4021324C409C410JP409A12JP41412C401R416R417名称双正激钳位电路设计规范第8页，共13页5.工作原理简介见图1V1和V2同时导通或关断。导通时高压直流电压直接加在变压器原边绕组上。同时VD4导通，副边绕组把能量传递到输出端。同时变压器原边产生磁化电流。这个磁化电流使变压器磁区储存能量，并且这个储存能量在关断瞬间产生反激作用。通过二极管VD1、VD2的作用，把反激能量回馈到电源中。由于二极管VD1、VD2导通，V1和V2电压都限在高压电源值上，因此称“钳位”作用。关断时，电感线圈L1建立电流，通过VD3导通，构成负载IL续流回路。6.设计、调试要点输出功率Po=3100W；输入电压Vin：385VDC~400VDC；输出电压Vout：42VDC~58VDC；输出电流Iout：0~50A；电路开关频率f：70KHz；最大占空比Dmax：45%（90%）；变换效率η：92%；主变压器计算：1）变压器变比计算：输出电压考虑满载输出时电压58.5V，I＝50A，T＝25℃时，VF＝1.7V，再加输出电感，共模电感，保险丝，取副边线路压降3.5V，则最高输出电压V0max＝58.5+3.5=62V当直流电压为385Vn=VinminminminVomaxmaxmaxDmaxmaxmax=385620.45=2.82）变压器匝数计算：AwAe=2PomaxmaxmaxDmaxmaxmax106BJKfsη=0.92ΔB=1800Gs名称双正激钳位电路设计规范第9页，共13页J=2A/mm2k=0.2Dmax=0.45Fs=70kHz则：AwAe=231000.451061800×2×0.2×70×103×0.92=60cm4磁芯选取MAGNETICS47313－TC，Ae=2.12cm2，Aw=11.9cm2AeAw=2.12×11.9=25.2cm4三付磁环并25.2×3=75.6cm4取ΔB=1800Gs,则N1（dφ/dt）=Vin则：N1VintBS3850.4514.281060.182.12310421.6N2N1n21.62.87.7取N1=22，N2=8，实际匝比为2.75实际磁密ΔB=1770Gs3）变压器线规计算：变压器副边电流有效值为：Irms=0.45×50=34.5A忽略励磁电流，原边电流有效值为：Iprms=Irmsn=34.52.75=12.54A原边采用直径0.21mm×16根线，S=0.55mm2，电流密度为4A/mm26股并绕；副边采用直径0.21mm×16根线，S=0.55mm2，电流密度为5A/mm213股并绕；主开关管DC/DC输入电压最高为Uin=400VMOSFET最大的承受电压为PFC输出电压，考虑20％的尖峰电压余量，选择名称双正激钳位电路设计规范第10页，共13页Vds1.2Uin的MOSFET。取开关管电压为500V。若副边纹波电流取6A，激磁电流峰值取0.5A，则开关管中峰值电流为：I=（50+6）/2.75+0.5=20.8A选取HATACHI公司的2SK1527(500V，40A）导通压降为0.12V。磁复位二极管磁复位二极管的耐压为800V，流过电流为磁化电流iu。iuUinDmaxmaxmaxTL4000.4514.210641030.64A可选取MUR480（800V，4A，1.55V，75nS）。整流二极管与续流二极管1）整流二极管整流二极管耐压为：400/2.75=145V最大电流为56A反向承受的电压为145V，为保证电压余量，一般取1.2-1.5倍耐压的二极管。选取IXYS的DSEK30-06A（30A，600V，1.7V)两只并作为续流二极管。2）续流二极管续流二极管耐压为：400/2.75=145V最大电流为56A反向承受的电压为145V，为保证电压余量，一般取1.2-1.5倍耐压的二极管。选取IXYS的DSEI30－06A（37A，600V，1.7V)两只并作为续流二极管。输出滤波电感设:fs=70KHz设Δi=Io×12%=6A60V输出时工作占空比为DUonUi602.754000.920.448名称双正激钳位电路设计规范第11页，共13页则LVoti60（10.448）14.2106678uH实际取L=80uH选用MAGNATICS铁硅铝磁环55867-A2，68nH/n2AL=68nH/N2，OD=78.9mm，ID=48mm，Ht=13.97mm，l=20cm，A=1.77cm2，Wa=17.99cm2Ln=68×109×N2实际取N=36匝，L=88uHBLiNS88106536177106=0.069T工作磁密：Bdc0.4N1I1swl600.43650200.678TBmax=Bdc+B0.685TMAGNATICS铁硅铝磁环55867-A2饱和拐点磁密0.7T实际计算最大磁密小于饱和磁密采用直径0.21mm×16mm8股并绕36匝。线的截面积为10mm2，最大电流密度为5A/mm2。输出滤波电容输出电压最大值为60V，选耐压63V铝电解电容。设ΔUo=60mV，设Δi=2Io×12%=12A，T=0.5×14.2uSCiT4Uomaxmaxmax）=426uFESRmaxmaxmaxUomaxmaxmaxi=5m实际选用时，主要考虑ESR的要求。选取9个NICHICON公司LXV系列的63V，1000uF的电解电容并联，单个电容ESR为40m，在105℃，100kHz环境下加速纹波电流为2.2A。实际ESR40m/9=4.44m小于要求5m名称双正激钳位电路设计规范第12页，共13页吸收电路1）主开关管吸收电路选用RCD作为主开关管的吸收电路，电容耐压同开关管耐压。设开关管关断时间为100nS，吸收电容充电时间为300nS，充电电流为励磁电流，其值为0.64A，则有CiutUinmaxmaxmax0.64300400=480pF取两只470P电容并联则：R≤（1－Dmaxmaxmax）T5c=3.2K电阻的功率：Pr12CV2f=0.56W吸收电容取1000V，470pF无感电容两只并，二极管取MUR180（1A，800V），电阻取100，10W。2）整流二极管和续流二极管吸收电路选用RC作为吸收电路，电容耐压同二极管耐压。设二极管关断时间为30nS，吸收电容充电时间为60nS，充电电流为原边励磁电流在副边的折算值，则有CiuntUmaxmaxmax=370PF变压器副边及线路漏感假定6UH，二极管结电容600PRLTCJ/nR≤100电阻的功率：Pr12CV2f=0.95W电容选取1000V，470PF，电阻选取100，3W两只并名称双正激钳位电路设计规范第13页，共13页7.附录附录1.元器件明细表