毕业设计(LLC变压器部分)
一．变压器设计计算
1.输入输出参数
输入电压：400VDC（PFC输出电压）
输出电压：55VDC
输出电流：10A
开关频率：70KHz
2.变压器设计计算
1）变压器磁芯选择
变压器尺寸选择要满足在工作频率想，温升在允许范围内、输出功率的要求。
选择磁芯使用AP（面积乘积）计算方法，设原边匝数Np，副边Ns，Np匝上以电压V1工作时，根据法拉第定律：
V1=Kf*fs*Np*Bw*Ae
式中fs---开关工作频率（Hz）
Bw---工作磁通密度（T）
Ae---磁芯有效面积（m2）Kf---波形系数，有效值与平均值之比，方波时为4 整理得：
N P=V1/K f f s B W A e
铁芯窗口面积Aw乘上使用系数K0为有效面积，该面积为原边绕组N P占据的窗口面积N P Ap，与副边绕组Ns占据的窗口面积NsAs，之和，即
K0A W= N P Ap，+ NsAs，
式中K0---窗口使用系数（K0小于1）；
Ap，---原边绕组每匝所占用面积；
Aw---铁芯窗口面积；
As，---副边绕组每匝所占用面积。
每匝所占用面积与流过该匝的电流值Ⅰ和电流密度J有关，如下式所示：
Ap，=Ⅰ1/J
As，=Ⅰ2/J
根据上面整理得：
K0 Aw= V1/K f f s B W A e*(Ⅰ1/J)+ V2/K f f s B W A e*(Ⅰ2/J)
即 A w A e=(V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1)/ K0 K f f s B W J （表达式1）
A w A e 即变压器窗口面积和铁芯截面的乘积。
V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1为原边和副边功率。
上式表明
工作磁密Bw、开关工作频率f s、窗口面积使用系数K0、波形系数K f和电流密度J都影响到面积的乘积。
电流密度直接影响到变压器的温升，亦影响到A w A e，可表示为：
J=K j(A w A e)X A
式中K j---电流密度比例系数；
X---常数，由所用磁芯决定。
上面的表达式1又可表示为： A w A e=P T/ K0 K f f s B W K j(A w A e)X
整理得：AP=（P T104/ K0 K f f s B W K j）1/1+X
式中 AP---为Aw和Ae两面积的乘积（cm4）
P T---为V1Ⅰ1+ V2Ⅰ1变压器的视在功率（W）;
Bw---工作磁通密度（T）;
fs---开关工作频率（Hz）
从上式说明，磁芯的选择就是选择一合适的AP值，使它输送功率P T时，铜损和铁损引起的温升在温升之内。
变压器视在功率功率确定，P T=P i+P O= P O+ P O/ｈ= P O(1+1/ｈ)
从上面的输出参数可得 P O=55*10=550(W)
设变压器的效率为0.98可以求出P T=550（1+1/0.98）=1111.2（W）
AP公式中X系数的确定：按照变压器的铁损等于铜损，允许变压器的温升25℃查
得Kj=433.X=0.17
从以上数据可以求出AP=（P T104/ K0 K f f s B W K j）1/1+X
=（1111.2*104/0.4*4*63*103*0.15*433）1/1-0.17
=1.6972（cm4）
为了保证变压器在高温时能正常工作，防止变压器在高温时饱和，磁芯增加到1.5倍即AP=2.54 cm4
查磁芯AP值表EQ4220是2.5894 cm4
2.骨架的选择
按照磁芯配套选择，选用8+8的骨架
3.参数计算
1）理论变比计算
n为理论匝比
V IN NOM 为PFC输出电压
V O为输出电压
V D为输出高频整流二极管的管压降
前面在输入参数里面V O是55V，一般高频整理二极管的1.0V
所以 n=400/2*（55+1）=3.57
2）最高最低输入电压的增益
G MIN 最小增益，V INMAX为PFC最高电压
G MIN=2*3.57*（55+1）/400=0.9996
G MAN 最小增益, V INMIN为PFC最高电压,PFC输出电压不是稳恒直流电是一脉动直流电，一
般最低电压比最高电压低20V，所以取值380V
G MAN=2*3.57*（55+1）/380=0.9996=1.05
3）计算负载电阻和反射电阻
R L为负载电阻，Vo=55V, ⅠO=10A
所以R L=55/10=5.5（R）
R AC为反射电阻
R AC=8*3.572*5.5/3.142=56.88
4）取K值
一般K取值范围3-7可以接受，K值选大会增加频率范围，较小的K值可以减少频率范围，但是轻载效率较低，K值越小获得相同增益的变化范围越窄，K值越宽获得相同增益的变化范围越宽。
K值越大，开关管MOSFET附近的导通损耗和开关损耗越低，为了获得较好的环路调整，较高的效率，较低的纹波，以及轻载电压的稳定
取k=6
5）计算Q,f MIN, f MAX, L S, L P, L r
将K=6，G MAN=1.05代入上式得 Q=0.606
将K=6，G MAN=1.05,fr=70k代入上式得 f MIN=55.6KHz
将K=6，G MIN=0.9996代入上式得 f MAN=70KHz
将fr=70KHz，R AC=56.88，Q=0.606代入上式
得C r=65.19nF
将fr=70KHz, R AC=56.88代入上式得
Ls=79.37uH
Lr=Ls=79.37uH
所以 L P=6*79.37=476.26uH
由于实际选型时，电容规格组合一定，所以要选择合适的C r，再推算其他的参数。
Cr没有电容65nF电容，选用两个33nF电容并联，因为主电电流都经过Cr。
6）实际匝比
将n=3.57，Lr=79.37，Lp=476.26uH,代入上式
得n eal=3.878
7)初级最小匝数
将n eal=3.878，V O=55V，V O=0.7，=0.4(半桥变压器是双向激磁磁通密度的增量可以取单向激磁的2倍以下)，Ae=170cm4
计算得N P-MIN=27
8）次级匝数
N P=n*N S
N S= N P/n=27/3.878=6.96
实际取N S=7
9）初级电流有效值
将V o=55V,R L=5.5R,L m=Lp=476.26uH，fr=70KHz代入上式得
I rms=3.1(A)
10）初级绕组线径的计算
一般电流密度选3-10A/mm2
取电流密度为5A/ mm2
Dp初级线径
将I=3.1,J=4 代入上式得
Dp=0.994（mm）
考虑高频电流趋肤效应，电流集中在线的表面，选用多股漆包线，选用0.1mm的多股线，
N为并多股线的根数，d1为单股线径
计算得n=（0.994/0.1）*（0.994/0.1）=98（股）
考虑变压器绕行方法实际取90股，即2UEW φ0.1mm*90
11）次级绕组线径的计算
次级绕电流Is=Ip*n/2=3.1*3.878/2=6.01（A）
一般电流密度选3-10A/mm2
取电流密度为5A/ mm2
Dp初级线径
将I s=10,J=6代入上式得
Dp=1.13（mm）
考虑高频电流趋肤效应，电流集中在线的表面，选用多股漆包线，选用0.2mm的多股并绕，
N为并多股线的根数，d1为单股线径
计算得n=（1.13/0.2）*（1.13/0.2）=31.9（股）实际便于绕制取30
即2UEW φ0.2mm*30。