第二章主電路詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)第一節(jié)輸入EMI和軟啟動(dòng)部分詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、主要技術(shù)條件和輸入輸出接口輸入工作電壓范圍323-475Vac過(guò)壓動(dòng)作點(diǎn)485±10Vac；遲差：10—25VacVac欠壓動(dòng)作點(diǎn)313±10Vac，遲差：10—25VacEMI:模塊的傳導(dǎo)到達(dá)EN55022的標(biāo)準(zhǔn)，輸出最大功率4400W額定輸入電壓380Vac，輸出48V,輸出電流92A,效率輸出效率大于92%。模塊最高靜態(tài)耐壓為500Vac三、 設(shè)計(jì)中的變量說(shuō)明無(wú)四、 輸入EMI和軟啟動(dòng)部分計(jì)算過(guò)程輸入整流橋模塊的輸出功率最大為4400W,由于電壓輸入模塊效率比額定輸入時(shí)電壓低，因此效率假設(shè)為91%，功率因數(shù)最小為0.9，輸入電壓最低為330VAC，最高工作電壓為440VAC，最高靜態(tài)電壓為500VAC，故：整流橋承受的最高反壓Vf=500*1.414=707V。輸入的最大電流為，44000.9144000.91x0.9x290=10.7A。考慮電網(wǎng)的波動(dòng)、浪涌、雷擊等情況，采用1600V/35A的橋堆?參數(shù)1600V/35A/1.7V/臥式/28.5*28.5*10mm。假定輸入濾波電感電流連續(xù)，則輸入電感中的電流的平均值如下Imax= =14.13A0.91x0.9x380則所有整流橋的二極管的最大功耗為W=14.13X1.7X2=48.042W輸出濾波電容輸入濾波電容在這里具有兩個(gè)作用，一個(gè)是平滑輸入電壓，流過(guò)它的電流為300HZ的電流，對(duì)功率因數(shù)起決定作用，另一個(gè)作用是吸收后級(jí)DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)紋波電流。后級(jí)DC/DC變換器的紋波電流，設(shè)計(jì)輸入濾波電感的電流連續(xù)，近似取輸出濾波電感的紋波電流有效值，最大值取2.2A，折算到原邊為2.3A。 鋁電解電容器-400V-680口F±20%-35*50-85°C電容能通過(guò)的紋波電流有效值為3.08A，在50K時(shí)的紋波電流為3.08*1.43, 采用6個(gè)串并聯(lián)。輸入濾波電容、濾波電感量與輸入功率因數(shù)關(guān)系很大，經(jīng)過(guò)仿真研究，輸入濾波電感為3mH左右，功率因數(shù)大約在0.90,輸入濾波電感在5mH，功率因數(shù)大約在0.92，因此取L±5mH，C2680UF。但輸入電流在輸入電源電壓不平衡情況下會(huì)出嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，因此會(huì)造成電感紋波電流變大，甚至飽和，因此電容的紋波電流變大。為此必須增加電容量，試驗(yàn)證明，采用6個(gè)電容能滿足設(shè)計(jì)要求，因此：實(shí)際設(shè)計(jì)取：L=7mH；C=1020Uf。輸入濾波電感的直流電阻限制在30毫歐，其損耗為W沁18.3x18.3x0.03=10W第二節(jié)DCDC部分詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一：工作條件DC/DC變換器采用全橋移相控制：控制芯片為UC3895。輸入：DC400~650V額定510V最高輸入電壓：707V輸出：DC48V~68V @0~92A

最大輸出功率4400W最大占空比：D=1（UC3895的最大占空比），考慮MOSFET的關(guān)斷時(shí)間及死區(qū)max時(shí)間余量及移相的占空比丟失，取D=0.9。max開(kāi)關(guān)頻率：fs=70kHZ假定效率為91%。二、變壓器設(shè)計(jì)1、變壓器變比：考慮副邊整流二極管的導(dǎo)通壓降和輸出濾波電感等線路壓降為2V,輸出電壓最大約為68V。400x0.968x0.92=4.871N=Vin(min)%400x0.968x0.92=4.871Vo(max)2、磁芯的選取：選取永磁公司，材質(zhì)為DMR40P的磁芯，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T，考慮模塊的軟啟動(dòng)，AB取0.15T,全橋是2倍AB，電流密度J取4A/mm2=500A/cm2。AA-Pox4…Q06貝^Ap=Ae*Aw=we- =17.08cm4取 Po（max）=4400Wn=0.92電B=3000GsJ=4A/mm2k=0.3Fs=70kDmaxDmax=0.9采用雙磁芯EE5517.08采用雙磁芯EE5517.08cm4，滿足要求。變壓器匝數(shù)計(jì)算：取2AB=0.3TAe=708mm2；Aw=386.34mm2，Ap=27.35cm4>400x0.9x 2x70x103=12ii0.3x400x0.9x 2x70x103=12ii0.3x7.08x10-4 '取Np=20T則Ns二Np/N=4T故實(shí)際N二Np/Ns=5驗(yàn)證占空比：a.在最低輸入，最高輸出的情況下,VxN68x5Vin=400V時(shí)，Dmax==O(max) = =0.85V 400in(min)b.在最高輸入，最低輸出的情況下，VxN68x5Vin=650V，Vo=48時(shí)，Dmin==-o(min) —V 650in(max)Vin=510V,V0=56V時(shí)，D=0.54c.工作中取:Bmax==BVINminxTomax— —2.54mT2 NPxAe2、變壓器線規(guī)計(jì)算變壓器副邊電流有效值:/rms—...肓唏2dT-.DIoIrmsmax=.DxI—.0.85x92—84A7max0原邊最大激磁電流一般取原邊電流的5%。原邊電流最大有效值prms(max)rms(max)Nx1.05—84x1.05—17.64A5J取4A/mm2，原邊所需面積為18—4.5mm2則副邊所需面積為--21mm2考慮集膚效應(yīng)，銅的透入深度為考慮集膚效應(yīng)，穿透深度計(jì)算：故選用銅線的直徑小于0.66mm。實(shí)際原邊選用AWG24#的線（裸線截面積為0.2047mm2,截面積為0.2514mm2，直徑為0.566mm，單位厘米的電阻為842.1口Q）原邊所需根數(shù)為： 上乞=220.2047原邊采用11根并繞，分兩次繞制。21副邊所需根數(shù)為： =28。0.75副邊采用12根并繞，分兩次繞制原副邊的繞制的方式為：副邊－原邊－副邊-原邊。L二AxN2二7100nHx2x202二5.68mH最小為-20%即為4.5mHL激磁電流最大為I=VminxT= 400x8u=0.71Alon4.5mH為了減小激磁電流，要求主變壓器的激磁電感大于4.5mH。最大漏感為（取0.1%）L=Lx0.1%=4.5uHM要求漏感不超過(guò)6uH。四、諧振電感設(shè)計(jì)原邊電流最大值近似峰值Ipp=12.7A。為使額定輸入條件下，滯后臂開(kāi)關(guān)在1/3以上實(shí)現(xiàn)ZVS,MOSFET的輸出電容為14嘶，故1=-YU/2==4?53A即1L12>4CV24/3x1480x10-6x5104/3x1480x10-6x5102L>2x=49uH4.532

考慮變壓器漏感也參與諧振，因此諧振電感L取45yH±10%。、原邊諧振電容：由于采用IXYS的IXFX27N80MOSFET，其輸出電容為：750pf（典型值），兩個(gè)并聯(lián)為1.5nF，因此超前橋臂和滯后橋臂均不再并諧振電容。、隔直電容：隔直電容的充電電流最大為20A，考慮原邊電流不恒定，取95%時(shí)間電流為輸出電流折算原邊值，取最大紋波電壓為50V（峰峰），I*dt20x10x0.95C= = =3.8uFdu 50考慮到電容損耗，取四個(gè)隔直1uF電容。七、副邊濾波電感量大小的計(jì)算取10%的紋波/iL=42X10%=4.2A=32uHVxAt 68x10x(1-0.8)=32uHL= =—Ai 4.2實(shí)際選用60yH±10%電感。號(hào)為KS300-125A，BeforeCoatingAfterCoalingKDM

*artNo.ODfMasj

tn/mmIDiMin)

in,'mmii/mrriOD(Max)

in/mmin/minHttMas)

in/inrnfe

jn/cmAein7cm3V

號(hào)為KS300-125A，BeforeCoatingAfterCoalingKDM

*artNo.ODfMasj

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jn/cmAein7cm3V

inVcm3KC300Z20.0002.tKH)X飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T，AB取0.25T，電流密度J取5A/mm2=0.05A/cm2。繞制的匝數(shù)為：24T,采用兩個(gè)此磁環(huán)，則實(shí)際繞線扎數(shù)為12T磁芯損耗為：2.27W,線損為：12.69W八、 輸出濾波電容的計(jì)算據(jù)是輸出紋波為100mV考慮電容的高頻特性，實(shí)選100V/680pFX4九、功率元器件的選取1、功率管設(shè)計(jì)輸入電壓最大為500V，經(jīng)過(guò)三相整流橋整流后的直流母線電壓最高為707V工作電壓最高還按480V來(lái)設(shè)計(jì)，則為：V=1.35480=648V在全橋電路中，可以采取一些有效的吸收回路，使功率管的電壓尖峰不超過(guò)700V,MOSFET的電壓降額取0.9,則可選用的功率管的電壓為800V。若副邊紋波取20A，激勵(lì)電流取5%,貝V原邊峰值電流為(22)/1.2XC1.05)=19.25A。電流的有效值為:、沏°/N=詡巨x19.25=12.17選用IXYS的IXFR44N80P(800V,25A)并聯(lián)，該功率管的參數(shù)如下：Rds=0.19Q,Ciss=12nF；Coss=910pF高溫下功率管的導(dǎo)通損耗為：P=12R=12.172x0.19十2x1.5=21.1WW。d開(kāi)通由于采用零電壓開(kāi)通，可以忽略。關(guān)斷損耗：UI 91022P=—x-xTxf=x x(150E-9)x50000=10.8off6n d6 5功率管滿載的總損耗P=Pconduction+Poff=31.9W四路MOS管總損耗為4*31.9=127.6W結(jié)溫Tj計(jì)算：IXFR44N80P的熱阻Rjc=0.42°C/W管子最高允許的殼溫為：Tc,max=135－91.5/2X0.42=116°C

實(shí)際控制管殼溫度不超過(guò)110度。2、輸出整流二極管設(shè)計(jì)變壓器的最高輸入可以為650V,則VS=650/5=130V二極管承受的反壓為130V。由于動(dòng)態(tài)時(shí)可能尖峰超過(guò)130V,因此選擇300V的二極管比較安全。電流的峰值的最大值為92A。電流的平均值為92/2=46A。輸出二極管應(yīng)選取導(dǎo)通壓降低，反向恢復(fù)