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处女作,奇葩推挽逆变,使用SG3525。复详细计算过程(设计阶段)

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瓦系大坏蛋
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LV4
初级工程师
  • 2016-2-24 21:46:25


首先。开关电源都是在高频开关的前提下建立的。在低频情况下相比线性的变换器没有任何优势。
但是本次偏偏要做一个隔离形,120Hz 推挽升压。使用芯片SG3525ADW/SOIC-16L ON。
推挽拓补两个开关管Q1 Q2由两个相等的脉宽可调、相位互补180°的脉冲驱动。
开关管导通期间,积极驱动电压必须足够大。
图1
推挽拓补


  • 参数设计:输入24Vdc蓄电池(19-27V),输出电压30Vac(后级有线性稳压电路),输出额定电流4A(峰值需要10A)额定功率96W(峰值240W)。工作频率坑爹,120Hz(对!~没错。你没有少看一个K,确实是一百二十赫兹。坑爹啊。) 采用磁芯为EI96(- -||就是超级大的96*80的那个硅钢片)。常用的硅钢片B 是 8 000~13 000高斯,13000高斯以上的是优质硅钢片。我们使用国产硅钢片:B取9 000高斯;大致最大功率能做100W左右。风冷,电流密度取3.5A/mm²(来自百度)                    
      具体参数尺寸如下(单位mm):                                                                                   
            Model  A(总长)  B(总高)  a(舌宽)  b(叠厚)  d(脚宽)  c(窗宽)  h(窗高)            
           EI-96           96           80            32           44            16            16             48
  • 设计变压器
    • 确定匝比与最大导通时间
      • 由式 Vm=【(Vdc-1)(Nm/Np)-1】(2Ton/T) 可知Vdc下降时,变换器会通过增加导通时间Ton来维持输出电压Vm恒定,当输入电压下降到最小值Vdc时,Ton最大。但是推挽拓补中,最大导通时间不能超过开关周期的一半。否则复位伏秒数将小于置位伏秒数(开关电源设计第三版2.2.5节),结果几个周期后,磁芯将饱和并损坏开关管(详见开关电源设计第三版 P37)。
      • 在上述公式中,若已经确定Vdc、T以及Ton=0.8T/2,则可确定匝比Nm/Np已得到所需要的输出电压Vm。
      • Nm/Np=(Vm/0.8 +1)/(Vdc-1)
      • Nm/Np=(30/0.8 +1)/(19-1)=2.1388888
      • Tonmax=0.8T/2=3.332mS
    • 初级匝数计算
      • 根据法拉第定律,这个公式应该在大部分拓补都是通用的。
      • T =1/f=1/120=8.33mS=8.33*10^-3s
      • Vdc=19V
      • AeSj =a(舌宽)*b(叠厚)=32*44=1408mm²=14.08cm²
      • B =18 000G(峰值磁通密度是9 000G,推挽工作在1 3象限,±Bmax=2*9 000=18 000G)
      • 上值带入法拉第定律得:
        • Np=[(19V-1V)(0.8* 8.33*10^-3s  /2)*10^8 ] / 14.08cm² * 18 000G=2.366477 T
      • 取整用3T,两个半初级绕组加起来就是6T,磁通密度比预设值稍微小一点。
    • 次级匝数计算
      • 已知Nm/Np=2.1388888Np=3 Nm=Np*Nm/Np = 6.566664,此时如果取整为7,则占空比可能会超出预设的0.8(不考虑Np往上取整对这里的影响)。故取Nm=6T。两个半绕组为12T
      • 考虑到次级输出我只用两个抽头+桥堆整流(需要承受2倍VF,但是桥堆可以贴在散热器上。二极管不知道如何做到更好的散热。)。而非常用的三个抽头。次级绕组是否只需要用6T?
    • 初级峰值、有效值电流以及线径计算
      图2

      • 由上式(2.9)粗略计算(因为持续工作在4A,峰值可能会出现几秒钟的10A。所以峰值有按照10A计算,参考挑选MOS管最大电流。有效值按照工作4A时的电流计算。变压器热容量应该大些。扛得住的对吧= =||)                             Ipf =1.56(30Vac*10A/19Vdc)=24.63157 A (10A输出时) 选用40A最大电流mos管
      • Irms=  Ipf  D^0.5= 15.57837 A(10A输出时)
      • 已确定电流密度选择3.5A/mm²,带入公式S=Irms /  3.5A/mm²   =15.57837/3.5=4.4509 mm² 根据圆面积公式得直径R=2* (S/π)^0.5 =2*(4.4509/3.14)^0.5=7.4769 mm (= =||好粗) (满足10A输出时)
      • 由上式(2.11)计算Irms=0.986Po/Vdc=0.986*(30Vac*4A)/19Vdc=6,227 A (4A输出时)
      • 已确定电流密度选择3.5A/mm²,带入公式S=Irms /  3.5A/mm²   =6.227/3.5=1.779 mm² 根据圆面积公式得直径R=2* (S/π)^0.5 =2*(1.779/3.14)^0.5=1.505 mm (= =||差别太大) (满足4A输出时)
    • 次级峰值、有效值电流以及线径计算
      • 次级有效值电流,简化计算Irms=Ide 0.4^0.5 =10*0.632=6.32 A(10A输出时)
      • 已确定电流密度选择3.5A/mm²,带入公式S=Irms /  3.5A/mm²   =6.32/3.5=1.8057 mm² 根据圆面积公式得直径R=2* (S/π)^0.5 =2*(1.8057/3.14)^0.5=1.5166 mm (满足10A输出时)
      • 次级有效值电流,简化计算Irms=Ide 0.4^0.5 =4*0.632=2.528(4A输出时)
      • 已确定电流密度选择3.5A/mm²,带入公式S=Irms /  3.5A/mm²   =2.528 /3.5=0.7222 mm² 根据圆面积公式得直径R=2* (S/π)^0.5 =2*(0.7222/3.14)^0.5=0.959 mm (满足4A输出时)
    • 开关管的电压应力以及漏感尖峰
      图3

      • 根据式(2.15) 开关管所能承受的最大电压应力为Vp=1.3(2*Vdcmax)=1.3*2*27=70.2 V
      • 此结果为书上表示的计算。本人认为还应该在结果上增加次级对初级的反射电压。1/(Nm/Np)*Vomax=1/2.1388888 * 30 =14.0297 V
      • 70.2+14.0297=84.2259 V  选用200V耐压mos管。 40N20 TO-3P(是不是可以考虑10A输出的时候峰值已经最大16A,是否可以选用20N200?)
    • 输出端不加电感。开环?其实我也不知道做的是不是开环,开环就这么做对么?等会儿上原理图。
    • 电路板还在绘制。后续不定时跟新波形与参数。有很多不足的地方还希望各位不吝赐教。!~(图片不太会弄。所以上传上来不知道会不会影响查看)
https://bbs.21dianyuan.com/thread-223635-1-1.html 发帖灵感来自上贴。 2016年2月24日 21:13:23 宁波10m²出租房内





图1

图1

图2

图2

图3

图3

2404 DC-AC.pdf

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埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-2-25 18:25:20
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120Hz一定是个蛋疼的参数。

开电设计上面公式给的裕量都是很大的,设计90W你可以蹦到180W。
瓦系大坏蛋
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LV4
初级工程师
  • 2016-2-27 22:46:41
  • 倒数5
 
谢谢关注。您所说的“开电设计上面公式给的裕量都是很大的,设计90W你可以蹦到180W。”是说按照这本书的公式设计出来的产品会有50%的余量空间?
埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2016-2-28 21:59:15
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具体多大的裕量我也不知道,反正按照他那方法绕的磁芯,超了额定功率一倍也不发热。
瓦系大坏蛋
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初级工程师
  • 2016-2-27 22:45:29
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今天一天都出去和同事调LED驱动的EMI去了。调节后余量只有2dB。(自己公司没有设备。去外面调试。两个人都是新手一点都不会。每测一次要排队好久好久(20-50分钟不等)。关键是测试不收钱

2016年2月27日 22:34:13 DC-AC的电路板已经绘制完毕。并发给电路板厂商制作样品。供应商给我的交期是10天(这几天工厂订单集中,工人却没招到几个)。

明天同事不来上班。还要继续去改善哪款LED驱动的EMI去,不知道会不会空下时间来做这款推挽的工作。

周一预计可以继续攻关推挽,PCB交期中的这几天时间内:出具详细bom清单,并采购样品物料(对。。。没错。。。全都自己弄。)

2016年2月27日 22:39:24 今天先到这里。在帖子上算是简易的工作日记了。
byfenghuo
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本网技工
  • 2016-4-24 09:27:27
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也是醉了!
THTTH1982
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版主
  • 2016-5-6 11:54:50
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楼主继续
asimilar
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副总工程师
最新回复
  • 2016-6-13 18:37:59
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