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Ap??0.6?2?1.2?（92.95-1.2）?1.53?3.9cm4
由此可见，Ap?大于Ap(1+10％)=1.29x(1+10％)=1.42cm4，因此，所选磁芯符合要求。 式中：k为铁占空系数，取k=O.6。 4. 绕组的计算
因为变换器电路形式为半桥式，所以变压器初级电压
Up=Ui/2=150V （3-5）
本变换器所用肖特基整流二极管压降为0.5V，滤波电感直流压降取1V，取样电 阻RS的压降0.2×5=1（V）另外，变换器满载工作时会把电压拉低，为避免把工作脉冲占空比拉到最大时电压电流仍然达不到要求，变压器次级电压要有一定裕度，一 般取变换器输出电压10％，所以变压器次级电压
Us=24×（1+10%）+0.5+1+1=28.9V （1）初级绕组匝数计算
UpTonUpTonN1??10-2??10-2
2BmAc2Bmkcd
(3-6)
150?17 ??10-2?44匝
2?0.2?0.6?2?1.2┊
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式中：Ton为初级输入脉冲电压宽度，单位为μs。 取占空度D=0.5，Ton=D/f≈17μs。 （2）次级绕组匝数
N2?UsN128.9?44??8匝 Up150 (3-7)
5. 导线线径的计算
绕组的导线大小根据变压器各绕组的工作电流和电流密度来确定。另外，若变压
器的工作频率超过50 kHz，还需要考虑电流趋肤效应的影响，导线直径应小于两倍的穿透深度。频率为30kHz时铜导线的趋肤深度△~O.41mm，因此，所取导线直径应小于0.82 mm。 电流密度计算为
(3-8) 考虑到线包损耗与温升，把电流密度定为4A/mm2 （1）初级绕组：
计算导线截面积为Sm1=N2*I0/（N1*J）=7×5/（34×4）=0.26mm2 （3-9） 初级绕组的线径可选d=0.63mm,其截面积为0.312mm2 的圆铜线。 （2）次级绕组：
次级是带中间抽头输出，计算导线截面积时，I0需乘以O.707校正系数。计算导线截面积为Sm2=0.707I0/J=5/4=0.88mm2。
次级绕组的线径可选用线径是O.8mm，截面积是0.5mm2圆铜线2根。
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?0.14J?KjAp?10?2?534?1.29?0.14?10?2?5.15Amm2
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6. 线圈的绕制
因为变换器用是中间抽头变压器，功率较大，宜采用三明治绕法[7]。三明治又分为两种绕法：初级夹次级，次级夹初级。这种绕法会对变压器温度有很大帮助，且磁力线在变压器中分布较均匀，所以绕组耦合较均匀，漏感少，对外界干扰小，对纹波影响较小。本变压器初级绕组绕在中间，次级是中间抽头输出，共有4个绕组，各2个绕组绕在初级两边。
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3.2 关键元器件
由于部分元件参数已在前文有所阐述，本节重点讲解了开关管的选取，还包括输出电容、输出电感的选择。
3.2.1 开关管的选择
在当前众多的电力电子电路中，MOSFET和 IGBT器件占据了极其重要的地位与其它可控的功率器件，如传统的可关断品闸管相比较，这些类型的晶体管在应用中具备一系列的优点，如可主动关断的特性(包括在短路状态下)、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。使得这两种器件得到了广泛的应用。
对于MOSFET来说，功率MOSFET是一种多子导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优良、驱动电路简单、驱动功率小、安全工作区宽、无二次击穿问题等显著优点。较高的工作频率，为斩波频率的提高创造了条件，提高斩波频率可以减少低频谐波分量，降低对滤波元器件的要求，减少了体积和重量。采用自关断器件，省去了换流回路，又可提高斩波器的频率。目前，功率MOSFET的指标达到耐压600V、电流70A、工作频率100kHz的水平，在开关电源、办公设备、中小功率电机调速中得到广泛的应用，使功率变换装置实现高效率和小型化。但是问题是，在导通状态下的源漏电阻很高，而且随着器件的电压等级迅速增长。因而其传导损耗就很高，特别在高功率应用时很受限制。
和MOSFET有所不同，IGBT器件中少子也参与了导电，因而可大大降低导通压降。但另一方面，存储电荷的增强与耗散引发了开关损耗、延迟时间(存储时间)、以及在关断时还会引发集电极拖尾电流。同时存在的电流尾巴和较高的IGBT集电极到发射极电压将产生关闭开关损耗。这样就限制了IGBT的上限频率 。
由以上分析可知，IGBT适用于高功率和高压的场合，但是因为电流尾巴的原因，频率范围受限，开关损耗也很明显；MOSFET关闭时电流下降速度快，可用于较高频率范围内，但由于开通漏电阻高，在较高的电压等级下，导致的开通损耗显著，不适用于高功率电路中。
综上考虑，本电源拟选用MOSFET作为功率开关管来构成半桥电路。一般先依据承受电压和电流选择型号，依据该型号的其他参数进行开关损耗的计算，看其是否在所允许的损耗范围之内即可。本半桥变换器MOSFET所承受最大电压VM=300V，考虑到功率管的耐压及电网波动引起的电压波动等因素，选择时要保留一定的裕量，选用取IRFP450，主要参数为：额定电流16A，额定电压500V。
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3.2.2 二极管
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二极管有肖特基二极 管（SBD）,低损耗二极管（LLD）、快恢复二极管FRD)。选择整流二极管时要注意选择反向恢复时间trr快的二极管。这是因为主开关元件闭合时反向流入二极管的电流会影响初级线圈开关特性并致使损耗增大，同时输出噪声也会受很大影响的，所以应选用快恢二极管或肖特基二极管。肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，它适合用在低电压、大电流的开关电源中。快速恢复及超快恢复二极管开关特性好、耐用高、正向电流大、截止时反向漏电流小和恢复速度等特点，适合大电流、高压工作场合。其选用原则：反向恢复时间Trr在20~50ns之间，选用管子的平均整流电流Id是设计输出电流IOM的3倍以上，最高反向工作峰值电压VRM为最大反向峰值电压V（BR）S的2倍以上。
1. 输入整流二极管选择 选用快恢二极管,参数计算如下
VRM≥2V（BR）S =2×2×220V=622V (3-10) Id≥3IOM=3×0.45IR=3×0.45×1A=0.75A
查资料选用二极管IN4007，相关参数：额定输出电流 1A ； 反向峰值电压（击穿电压）1000V；反向恢复时间 30μS 。 2. 输出整流二极管
在单相全波整流电路中，对二极管的耐压要求在常用的几种整流电路中是最高的。反向电压由两组次级电压叠加，最大值可达每组次级电压峰值的两倍。 高频变压器副边的输出最高电压峰值 V（BR）S = 22Uimax?N17?22?150?V?87V (3-11) N234 取一定裕量，
VRM≥2V（BR）S =2×87V=144V。
IL(AV)?0.45U2?0.45?5A?2.25A (3-12)
RL 考虑一定的裕量，
Id≥3IOM=3×0.45IR=3×2.25A=6.75A (3-13)
根据以上的分析，同时考虑一定的裕量，选二极管的耐压为800V,额定电流为16A的MUR1860A的快速恢复二极管。
3. 换向二极管
其反向耐压应高于开关管所承受的最高电压。所选用快恢复型二极管反向耐压一般等于或高于450V，可选用FR-105。
3.2.3 输出滤波电感及电容的选择 1. 输出滤波电感
ΔI为允许的电感电流最大纹波峰峰值，取最大输出电流的20%即1A。根据公式电感量为
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L?U0(1?┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
2f?IU02424 (3-14) )?(1?)?103（uH）U2max2?30000?128.9 实际取200uH。
2. 输出滤波电容的设计
输出电容C的选择应满足最大输出纹波电压的要求，滤波电容的大小对输出直流电源的纹波大小有决定作用。输出纹波几乎完全由滤波电容的等效串联电阻Rc的大小来确定，而不是电容本身的大小决定。根据标准，输出电压的峰峰值ΔVopp<200mV，考虑到功率开关管开关和输出整流二极管开关时造成的电压尖峰以及直流电压残留的30HZ纹波，可令输出电压的交流纹波为ΔVopp=20mV，ΔU=2V由公式3.15求得：
U0minUomin C?（1?） 28L（2f）?VoppU2max-?U
?2424（1?）?97.92uH (3-15) 288?0.0002?（2?30000）?0.02150?-244所选电容的耐压值为50V，使用一个1000uF/50V的电容。或选用值较小的几个铝电解电容并联，这样寄生电阻更小，滤波效果更好。
3.3 本章小结
在设计开关电源时，不仅要设计好电路，还必须能正确选择元器件。本章重点讲解了开关管的选取和变压器的设计，还包括输出电容、输出电感的选择。这些器件的选择基本上要满足性能和成本上的满足，比如较高的开关频率就可以使用小的电感值（意味着小的封装和低成本），但较高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而降低频率。注意所采用MOSFET，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小其沟道长度调制效应和衬偏效应。因此，这里一般是选用长沟道MOSFET ，而不用短沟道器件。
在变压器设计中，在最大输出功率时，磁芯中磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。还要应尽量减小漏感。减小漏感的办法主要是提高一次、二次绕组耦合的紧密程度，如间隔绕组。对输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是关键的。
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第4章 硬件设计和实验结果分析
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图4.1 简易实验板
外接直流稳压电源给TL494芯片供电，调节电压，用示波器观测相应的波形 完成理论设计后，搭建一块简易的电源实验板。但由于个人能力有限，目前只完成了本设计的部分单元电路。现展示如下：
1. 实验结果：
整流电路及TL494控制电路板如图4.1
图4.2 TL494死区控制端4脚的电压波形
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