多路电源反激式变压器设计

摘要：  文章介绍了多路电源的构成及设计方案，重点阐述了150W的多输出单端反激式变换器变压器设计方法，并给出了变压器的制作参数。

关键字：  反激式变换器，多路输出，变压器

1 引言
某船载雷达整机要求四路电源：24V、+12V、5V、-12V，分别供给处理器单元、收发单元和天线驱动单元等，电源的输入电压为220V，总功率为450瓦，要求该电源在一块240mm×180mm的印制板上完成。
2 电源方案
电源的24V输出电压有2路，一路24V给天线电机供电，电流为6A，功率约150W，要求单独控制开启、关断，所以需要一个独立的变换器来实现；另一路24V，给高压电源单元供电，电流为8A，功率约200W，可考虑和+12V、-12V电压一起由另一个变换器来产生。
为了降低电源成本、减小电源体积重量，决定将2个变换器共一个整流电压，整流电压由220V交流电压直接整流滤波获得，整流后电压约270V；由于供给天线的24V电压只有150W，故采用反激变换器比较合适；而产生+24V、+12V、-12V的变换器具有多路输出，考虑到在电网和负载波动的情况下，反激式变换器具有多路输出电压能够跟随调整的优点，故仍采用反激变换器拓扑电路，但是反激式变换器的功率一般小于150W，针对300W(24V/8A，+12V/6A，-12V/0.5A)的较大功率，采用交错式反激式变换器来实现为佳。
3 多输出150W电源变压器设计
从上文可知，共设计3只150W变压器，其中2只多输出变压器完全相同，并联构成交错式反激式变换器，可输出300W功率；另一只单输出24V的150W变压器的设计方法跟多输出变压器完全相同，这里就只介绍多输出150W电源变压器设计。
电源要求：输入交流电压：220V
输出直流电压：24V/8A，+12V/6A，-12V/0.5A
设计电源频率：50kHz，最大占空比Dmax=0.45
1)整流电压
最小整流电压 VS min=220×1.2×0.9=238 (V)
2)原边绕组电流Ip
根据公式，最大峰值
 
3)变压器初级电感Lp

4)铁芯选择
选择导线的电流密度d=400c·m/A，则通过2.8A的电流为2.8×400=1120(c·m)，根据AWG美式线规表，选取NO.19，其直径最大为dw=0.039，绕组的磁芯所占的AP值，即APP为

6)初级绕组匝数Np
根据关系式：，实际匝数取48匝
7)次级绕组匝数Ns
计算初级绕组每匝伏数=（伏/匝）
取+12V绕组每匝伏数，取整为3匝。
计算次级绕组每匝伏数=（伏/匝）
取24V绕组每匝伏数，取整为6匝。
取-12V绕组每匝伏数，取整为3匝。
8)初级绕组的线径
根据前文，初级导线选择重薄膜绝缘导线，为NO.19，其直径最大为dw=0.039=0.99(mm)，圆密耳为1290。
9)次级绕组的线径
选择重薄膜绝缘导线，取电流密度d=400cm/A，则通过24V/8A绕组的电流为8×400=3200(c·m)，考虑到集肤效应，选择3股并绕，每股为(c·m)，选取NO.19，最大直径为dw=0.0391=0.99(mm)。
同理，通过12V/6A绕组的电流为6×400=2400(c·m)，考虑到集肤效应，选择3股并绕，每股为 (c·m)，选取NO.21，最大直径为dw=0.0314=0.80。
通过-12V/0.5A绕组的电流为0.5×400=200(c·m)，选取NO.26，最大直径为dw=0.0182=0.46。
4 变压器的绕制
磁芯骨架参数：窗口面积AW=240mm2，窗口高度hW=30mm，窗口宽度bW=8mm，平均匝长lAV=860mm2
考虑到在线圈的每一端都要留有3mm爬电距离，实际骨架可绕线的最小高度为30-6=24mm。
初级绕组每层可绕，最大可绕24匝，48匝要绕2层，每层都是24匝。
次级24V绕组每层可绕，最大可绕8匝，6匝只要绕1层；次级+12V绕组每层可绕，最大可绕10匝，3匝只绕1层；次级-12V绕组每层可绕，最大可绕50匝，3匝只绕1层。
为减小变压器的漏感，采用交错式绕法，将6匝24V次级绕组作为第一层，24匝初级绕组作为第二层，将+12V次级绕组（3匝）和-12V次级绕组（3匝）并排绕在第三层，另外一个24匝初级绕组作为第四层。
5 结束语
现在该电源已装备在雷达整机上，工作稳定可靠，电源效率达到87%，各项技术指标较好地满足了总体要求。
参考文献
[1] 张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，1998.6
[2] 叶治政，叶靖国编著.开关稳压电源[M]. 北京：高等教育出版社，1989
作者简介
范鹏  男，1965年生，高级工程师，中国电科集团第38研究所，主要从事特种电源的研究。在《现代雷达》等期刊发表论文多篇。