24V5A半桥式直流开关电源设计报告

际上是两个正激式PWM DC/DC转换器的组合，每个正激式转换器的输入电压为

1，输出电压为Uo。变压器初级绕组的匝数为W1，两个次级绕组的匝数相Ui2等，即W21 = W22 = W2，变压器初次级绕组的匝数比K = W1。

W23.2.3 PWM DC/DC变换器的工作原理 当开关管V1导通时，变压器初级绕组上的电压为uAB?1，绕组感应电2Ui动势端为正极性，故整流二极管DR1导通，DR2反偏置截止，输出滤波电感电流iLf增加。在t?Ton时刻开关管V1关断，由于电流iLf继续按照原来的方向流动，故次级绕组W21和初级绕组W1中的电流也仍然按照原来的方向流动，电流

iS1?iDR1从W21的“*”端流出，电流iP则从“*”端流入，于是二极管D2续

流，因此，电压uAB的极性反转，使二极管DR2导通。由于两个整流二极管同时导通，将变压器的次级电压钳位在零位，则初级电位也为零，因此电压uAB?0，这是iP?0。而电流iS2?iDR2立即增加到iS2W22?iS1W21，此时绕组i1中的电流为零，二极管D2截止。因为W21?W22，故iW22?iW21???1Ts??～。在?Ton?期22iLf??间，电流iLf在电压Uo的作用下下降，所以iW22?iW21也相应下降。在t?TS时，

2开关管V2导通，电压uAB反向，变压器绕组电动势“*”端为负、电流iP从零反向增加到?W2iLf（不考虑铁心磁化电流）。电流iDR1从

W111降到零，从iDR22iLf2iLf?TsTs??~?增加到iLf。在??2Ton2?期间，电流iLf又增加，故电流iDR2和iW1也相应

??增加。在t?Ton?Ts时，开关管V2关断，工作原理与开关管V1关断时相似。

23.2.4 DC/DC变换器参数计算 忽略损耗，输出电压VO按下式计算

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1?2DVSVO?2n?V?tNN?TSonPSS，式中

VS——原边绕组电压（V） ——原边绕组匝数（匝） ——副边绕组匝数（匝）

NNPSD ——其中一导管的占空比 =

tTonS?ton?toffton

Ts——工作周期（S）

串联耦合电容的选择

变压器耦合电容是一种无极性薄膜电容器。为了减少电流作用下的升温，必须使用具有较低等效串联电阻的电容器，或者为了达到一定的电容值，必须使用多个电容器并联连接，以降低其等效串联电阻。

初算电容量

耦合电容器C和电感L折算到原边的电感LR组成了一个串联谐振电路，其谐振频率为

fR?12?LRC2kHz

?Np??L?????Ns?RL?H 式中

LR——副边电感L折算至原边的电感值（?H）

PSNN——变压器原、副边匝数比

C——耦合电容??F?，带入可解得

C?10?NP?4?f??R???NS?2262?HL

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为了使耦合电容器充电线性，必须很好的选定谐振频率

fR。一般选定

fR?0.1fS，式中

fS——半桥变换器的开关频率（kHz)。

变压器设计参数计算

变压器尺寸选择要满足在工作频率下、温升在允许范围内、输出额定功率的要求。根据功率选定磁芯型号，其次确定磁感应强度的摆幅值。

找到铁心温升与损耗关系曲线，，可以按以下方法设计。

以最小电压值VS(min)下能提供额定输出功率为前提，在脉宽最大时计算出最少的原边线圈匝数。

?tVN??B?Apmppone?tV?2B?Aponopte 式中

Nmpp——磁密双摆工作时原边线圈最少匝数（匝）

Vs(V) ——原边线圈电压?Vp2ton ——导通时间??s?

?B ——导通期间磁感应强度的增量（mT)

Bopt——单相最佳磁感应强度摆幅（mT）

2Ae ——铁心最小面积（mm）

求出每匝电压系数，即

VNpmpp比值

计算副边绕组的匝数。输出电压应加上绕组和二极管压降，除以没匝电压系数即可求得副边绕组的匝数。

副边绕组匝数半匝是不合理的。除非用特别方法绕制，否则会导致变压器一边饱和。所以副边实际匝数可在计算值上浮或下浮取整匝数。如果下浮取整，则必须按比例减小原边的匝数，以保证输出电压符合要求，因为脉宽不能大于50%。原边匝数的减小会导致铁心磁密的增大，容易达到饱和。因此，副边线圈上浮取整较好。这时，原边匝数和最大磁通密度可以不变，只要减小脉宽就可以保证输出电压达到额定值。这样，当输出电压为最小值Vs(min)时，导通占空比小于50%，

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如果输出电压偏高，占空比更可小于50%。从而，可用控制线路把脉宽限定在一定的范围，形成的死区，有利于防止直通发生。

本次设计要求输出功率为120W，输出电压为24V，输出电流5A，开关频率100kHz，效率设为80%，允许温升限为40℃，计算本次设计的半桥变换器参数：

①输入功率

Ps?P?o?IVoo??120?150W 0.8②查阅磁心传送功率与尺寸（体积）各种形式关系图，得知，150W应选

RM14或EC41（FX3730）磁心

③从FX3730变压器在自然通风时总损耗与温升关系曲线图可知，允许温升

40℃，确定总损耗为2.6W，因最佳效率，确定铁损

2.6?1.3W 2④从《FX3730变压器在100℃以下，考虑磁滞和涡流损耗与总磁通的函数

关系图》可知，1.3W损耗对应的磁通在开关100kHz时为8?Wb

⑤因FX3730的

Ae中心磁极面积为106mm，得

22Bopt??A?8?Wb106mm?75.5mTe

⑥磁感应强度增量?B?2Bopt

?B?2?75.5?150.9mT?0.15T

⑦原边最少匝数

Nmpp依式计算。式中ton?0.5?1100?103?5?s

VVac?220V，电压范围为±20%考虑，则倍压整流电压Vs

s?220?0.8?1.3?1.9?434.7V

pone?tVN??B?Ampp?V?t2B?Asonopt?136匝

e⑧每匝电压系数

?434.7/2?1.60 136⑨副边绕组及二极管压降设为1V，故副边

V's?24?1?25V

副边绕组匝数NS?

V'S1.60?15.625匝，上浮，取16匝。根据情况，可计算上

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