300Wハーフブリッジ・コンバータの基板設計

LTC3721-1による300W ハーフブリッジ・コンバータの基板設計です。

SMPSトランスはPC40EER35-Z, BEER35-1112CPFR

絶縁型ゲートドライバはSi8235AB-D-IS1,

デジタル・アイソレータはSi8710AC-B-IS

を想定しています。

出力はDC+-50V,

入力はAC100V/200Vのユニバーサル対応としています。

 

EAGLEの回路図です。

配線図です。

上面のベタ・パターンです。

下面のベタ・パターンです。

 

100mm x 80mmの両面基板では、

実装面積が限られるので、

このあたりが限界のようです。

 

フォワードコンバータ用トランスの試作

フォワードコンバータ用のトランスを試作しました。

 

0.8mmの2UEW線

ボビンのBEER35-1112CPFR

P1: 49ターン、S1: 35ターン、S2: 35ターン

それぞれ2層巻で巻いて、

 

コアの PC40EER35-Z

ボビンの上下から差し込んで仮止めしてみました。

 

 

銅の単線を手巻きして、

絶縁テープを巻くだけなんですが、

結構大変です。

 

AC50Hz/300VAのトロイダルトランスの大きさと

100kHz/300WのEERコアトランスを比較すると、

磁気部品のサイズは

周波数比の50Hz/100kHz=1/2,000になるという理屈なんですが、

重量比では94g:2.3kg=1/25になりました。

 

300Wプッシュプル電源のトランス設計

既製品のスイッチング電源用トランスでは、

オーディオパワーアンプ用の300W程度の電源

(入力:AC100V, 出力:DC+-50Vを想定)に

適したトランスが見つからないので、

自作するための設計をまとめておきます。

 

以下の文献が参考になります。

トランジスタ技術2003年8月号 実際のディジタル・アンプ用スイッチング電源

スイッチング電源のコイル/トランス設計

高効率・低雑音の電源回路設計

 

まず、コアとボビンですが、

100kHz 300Wのプッシュプルコンバータを想定して、

JIS FEER 35Aの規格品から、

PC40EER35-Z

BEER35-1112CPFR

を選択しました。

 

次に、巻線ですが、

許容電流と巻数を考慮して、

2UEW 0.8mm

を選択しました。

 

次に、巻数ですが、

1次側電圧(Vp)=DC140V(max160/min120V)

2次側電圧(Vs)=DC50V(max80/min60V)

実行断面積(Ae)=107mm^2

AL値=4000nH/N^2(100kHz, 200mT)

飽和磁束密度(Bs)=max 200mT/min150mT

で、

Np=min38/max50 Turn

Ns=min19/max25 Turn

となりました。

 

最後に、巻き方は、プッシュプルコンバータ用なので、

Np1: 25×2層巻,

Ns1: 25×1層巻,

Ns2: 25×1層巻,

Np2: 25×2層巻,

のサンドイッチ巻にしたいと思います。