Page 92 - 《应用声学》2024年第6期

1268 2024 年 11 月

P
GND1 QT1 D
RT5 DT3
G
VDD1 VDD2
RT3 S
UT1 RT7
DT1
1 VDD1 VDD2 8
TIP RT1 2 7 CT2 CT3 GND
TIP VI A VO A
TIN TIN CT1 3 VI B VO B 6
RT2 4 GND1 GND2 5 DT2
RT8
S
RT4 RT6
GND1 GND2 G
DT4
QT2
D
GND1 N
图 3 高集成度开关电路原理图
Fig. 3 Schematic diagram of highly integrated switch circuit
1.3.2 微型变压器设计 截面积A wire ：
联合 K g 法和脉冲变压器设计技术，提出一种 ( √ ) 2
π I e
[22] ， A wire = 1.13
微型变压器设计方法。具体基于 K g 法计算 A p
4 J
见公式 (4)，结合变压器工作频率、视在功率等参数
(
√ ) 2
确定磁芯型号。 = π 1.13 I e K f K u B AC fA p , (6)
( ) 0.8 4 P t × 10 4
A p = K p K g 0.8 = K p 1.35P t
2K e × 100α 其中，K u 为窗口利用系数，对于绕线式变压器可取
0.8 [22]
( )
1.35P t 0.4 。最大有效电流I e ：
= K p 2 2 2 −4 , (4)
2 · 0.145K f B · 10 · 100α √
f AC V s
I e = m τ max , (7)
其中，K p 为常系数，选择罐形磁芯时 K p 取8.9；α 为 R L_min
电压调整率，用百分数表示，高频变压器初选时可取 其中，m为系数，初级绕组对应m = 1.05n，n为匝数
0.5%，K f 为波形系数，方波对应取值为 4.0 [22] ；f 为 比，次级绕组对应 m = 1；V s 为变压器输出电压，单
变压器工作频率，单位为 Hz；B AC 为交流磁通密度， 位为 V；R L_min 为最小负载电阻，单位为 Ω；τ max 为
每秒发射脉冲信号的总时长，单位为s。
单位为 T；P t 为变压器输入功率 P in 与输出功率 P o
之和，称为变压器视在功率，单位为W。 通过上述微型变压器的设计，与采用传统变压
根据 A p 计算公式，分析工作频段内不同视在 器设计方法相比，单个变压器体积减小了38.1%。
功率条件下的A p 曲线，如图4所示。分析得出，随频
0.30
率增加和视在功率减小，所需A p 变小。本文变压器 P t / W
P t/ W
设计 P t 为 429 W，工作频率 190∼210 kHz，根据理 0.25 P t / W
P t/ W
论计算并考虑变压器工作频率，选用的 A p 应不低 P t/ W
0.20 P t / W
于0.087 cm 。 f/ kHz
4
根据绕组所需电感L得出对应绕组的匝数N： A p /cm 4 0.15
√ (190,0.087)
Ll e × 10 9 0.10
N = , (5)
0.4πµ e A e
0.05
其中，L 单位为 H；l e 为磁芯有效磁路长度，单位为
mm；µ e 为磁芯有效磁导率；A e 为磁芯有效截面积， 0
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
单位为mm 。 f/kHz
2
基于脉冲变压器设计技术计算变压器线径 [24] ， 图 4 不同 P t 条件下的 A p 曲线
根据最大有效电流 I e 和电流密度 J 得到导线总横 Fig. 4 A p curve under different P t conditions