24V/30A全桥变压器设计全过程

下面是24V/30全桥变压器的设计过程，第一次做变压器的设计的，肯定有很多疏漏的地方，敬请大家指正，谢谢

24V/30A全桥变压器的设计

V_AC=220V±20%
V_o=24V
I_o=30A
f=36KHz

η=80%

1、输出功率： （输入电压最小时，占空比最大）
P₀=ηP_in=ηV_DCmin×I_pft×D_max
D_max=0.8
I_rms=√D I_pft  (这里是根号D)

P_O=0.716×V_DCmin×I_rms

2、根据法拉第电磁感应定律：
V_DC=N_P×A_e×（ΔB/ΔT）×10^-8
当V_DC取V_DCmin时，ΔT= 0.8T/2, ΔB=2B_max

式中：A_e单位为cm²，ΔB单位为G

3、A_w磁芯窗口面积，A₁, A₂分别为初级绕组和次级绕组所占窗口面积，且A₁=A₂,窗口使用系数为0.4，A_1t为初级每匝截面积，单位均为in²
N_P×A_1t=0.2A_w
A_1t=D_cma×I_rms×π/4×10^-6
D_cma电流密度，单位为圆密耳每有效值安培。

由此可以得到：
P_O=(0.0014B_max fA_e A_w)/D_cma
上式中，A_e, A_w单位均为平方厘米，f单位为赫兹，P_O单位为瓦，B_max单位为高斯，D_cma单位为圆密耳每有效值安培。

在此设计中，取B_max=800G,f=36KHz，D_cma为500圆密耳每有效值安培，带入上式得：
A_e A_w=8.929cm^₄
按照所求的的AP值（即A_e A_w）选择磁芯，保留足够的余量，选择TDK的型号为PC40EE55的磁芯

EE55的参数为
AeA_w=13.6764cm⁴
A_e=3.54cm²
A_w=3.86cm²
V_e=43.7cm³
A_L=7100±25%nH/N²

4、确定原边绕组匝数：
V_DCmin=N_P×A_e×(2B_max/0.4T)×10^-8

求得N_P=34.33

5、确定副边半绕组的匝数：
V_O=[(V_DCmin-2)×(N_S/N_P) -0.5]×(2T_ON/T)
V_O~V_DCmin×(N_S/N_P)×(2T_ON/T)
求得N_P/N_S =5.83

结合4、5取N_P=36，N_S=6

6、确定原边绕组电流：
P₀=ηP_in=ηV_DCmin×I_pft×D_max
I_rms=√D I_pft
求得I_rms=5.75A
I_pft=6.432A
I_PDC=DI_pft=5.146A

I_PAC=√(I_rms²-I_PDC² )=2.57A

7、确定原边绕组的绕线方式及线圈损耗：
穿透深度：
Δ=7.65/√f=7.65/√(36×10³ )=0.4mm
5.75/4=1.44mm²
EE55磁芯，窗口高度为18.8×2=37.6mm去掉骨架跟挡墙所占的宽度各约为4mm，绕线高度为30mm
（实测骨架的窗口高度为31mm，然后去掉挡墙的高度4mm，绕线高度为27mm，在这里不使用挡墙）

变压器采用交错绕法，初级两层，次级12层，初级两层

对于初级，每层9匝，每匝所占高度为3.33mm，采用漆包线直径d=0.71mm，d',=0.79mm,截面积为0.396mm²的四根线并绕。
Q= (0.83d√(d/d', ))/Δ=1.32
由道威尔曲线查得，两层时
F_R=R_AC/R_DC =1.9
计算EE55磁芯的平均匝长：
lav=π×[(D+3+E)/2]=π×[(16.95+3+37.5)/2]=90.2mm     这里的D+3是考虑骨架所占空间的厚度，实测值为20mm
R_DC=[N_P×l_av×(0.0441/1000)]/4=0.036Ω
R_AC=R_DC×F_R=0.068Ω
直流损耗为：I_PDC²×R_DC=0.954W
交流损耗为：I_PAC²×R_AC=0.449W

原边总损耗为：0.954+0.449=1.4W

8、确定副边半绕组的电流及损耗：
对于副边而言，I_o=I_a=30A
副边半绕组：
I_SDC=DI_a=0.4×30=12A
I_SAC=√(D(1-D) ) I_a=14.7A
I_rms=√D I_a=18.97A
副边绕组使用铜箔
18.97/4=4.7425mm²
铜箔厚度
4.7425/30=0.158mm
采用厚度为0.2mm的铜箔
Q= 0.158/Δ=0.395
6层对应的F_R
F_R=R_AC/R_DC =1.3
R_DC=(ρ×N_S×l_av)/(0.2×30)=0.207×10^-3
R_AC=R_DC×F_R=0.27×10^-3
直流损耗为：I_SDC²×R_DC=0.03W
交流损耗为：I_SAC²×R^AC=0.058W
副边半绕组总损耗为：0.03+0.058=0.088W

副边总损耗为：0.088×2=0.176W

9、原边跟副边线圈总损耗为：

1.4+0.176=1.576W

10、磁芯损耗为：

当B_max=800G,f=36KHz，单位体积的磁芯损耗为10 mW/cm²

所以磁芯损耗为：43.7×10=437mW

11、变压器磁芯加线圈总损耗为：

P_L=1.576+0.437=2.013W

12、线圈温升：
R_th=36/A_w (cm² )=36/3.86=9.33℃/W
ΔT=R_thP_L=18.8℃