高頻開關變換器中的磁性元件設計

電感的最小電流：

變壓器副邊直流電流的平均值：

變壓器副邊交流電流的平均值：

變壓器原邊電壓：

其中，Vmosfet：功率開關管的導通壓降，取為0.5v。

變壓器副邊電壓：

其中，VDW：整流二極管的壓降，也取為0.5v。

原、副邊匝數比：

變壓器原邊直流電流的平均值：

變壓器原邊交流電流的平均值：

另外，單路變壓器的輸出功率為320W(考慮損耗)，最大室溫為25攝氏度，最大溫升為60攝氏度。通過以上的參數分析計算，得到高頻變壓器的設計規格如表一所示：

表一 高頻變壓器的設計規格

3.3 高頻變壓器的軟件實現及Spice模型

根據表一的設計規格，使用Magnetics Designer軟件完成高頻變壓器的自行設計。首先選取適用的鐵芯與材質，當輸入工作頻率值后，鐵芯精靈軟件會自動選取適當的鐵芯尺寸，并由程序自動最佳化處理尺寸大小，然后在變壓器窗口中輸入相關繞組電壓值與電流值等設計規格，進行多次的改進設計，最后Magnetics Designer會將變壓器的電氣特性與繞組規格產生完整的輸出報告，以轉交給制造商制作高頻變壓器或提供給使用者作設計參考。

另外，Magnetics Designer軟件可以建立所設計的高頻變壓器Spice模型，此模型包括所有的鐵芯損與銅損、交流與直流電阻、漏電感與磁化電感和繞組電容等，并且是以子電路的形式實現的，可以很容易的與Pspice電路仿真軟件進行嫁接，實現很完美的仿真。圖1中的高頻變壓器Spice模型子電路清單如下：

*SRC=Untitled;Untitled;Transformers;;Fair-Rite, E42/21/15 (94--036002)

*SYM=Untitled

.SUBCKT Untitled 1 2 3 4

*Copyright(c) Intusoft 2000.　All rights reserved, redistribution prohibited.

*Fair-Rite, E Ferrite, 75_10100K_25C, E42/21/15 (94--036002)

*exempt 31097 3693 -17580

** ** ** **

Rdc1 N41 N61 372.5u

Lmag N41 2 23.17u

Rcore N41 2 129.5

Rac1 N61 1 372.5u

Lac1 N61 1 1.778n

** ** ** **

L12 N41 in2 51.31n

C1_2 in2 2 -925.1p

C2_23 2 4 9.720p

C3_23 2 N42 18.87p

Efwd2 N82 4 in2 2 12.50

Vsens2 N82 N42

Ffbk2 in2 2 Vsens2 12.50

Rdc2 N42 N62 77.67m

Rac2 N62 3 77.67m

Lac2 N62 3 370.8n

.ENDS

3.4 仿真結果

為了驗證高頻變壓器的設計結果，對圖1所示的組合雙管正激變換器進行了Pspice仿真，其中的高頻變壓器采用Magnetics Designer軟件所生成的Spice模型，主要仿真波形如圖3所示。

(a) 輸出電流波形

(b) 輸出電壓波形

圖3　組合雙管正激變換器的主要仿真波形

圖3(a)、圖3(b)分別是變換器輸出電流和輸出電壓的波形，仿真結果符合設計要求，并反映了變換器的啟動過程。