開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法

開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法

ADesignMethodofSMPSPowerTrasformer

摘要:

從開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的特性和要求引出設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算公式。其設(shè)計(jì)方法參考原電子

工業(yè)部“指導(dǎo)性技術(shù)文件SJ/Z2921”。

1開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的特性

??? 功率變壓器是開(kāi)關(guān)電源中非常重要的部件，它和普通電源變壓器一樣也是通過(guò)磁耦合來(lái)傳輸能量的。不過(guò)在這種功率變壓器中實(shí)現(xiàn)磁耦合的磁路不是普通變壓器中的硅鋼片，而是在高頻情況下工作的磁導(dǎo)率較高的鐵氧體磁心或鈹莫合金等磁性材料，其目的是為了獲得較大的勵(lì)磁電感、減小磁路中的功率損耗，使之能以最小的損耗和相位失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。

??? 圖1（a）為加在脈沖變壓器輸入端的矩形脈沖波，圖1（b）為輸出端得到的輸出波形，可以看出脈沖變壓器帶來(lái)的波形失真主要有以下幾個(gè)方面：

圖1脈沖變壓器輸入、輸出波形

（a）輸入波形（b）輸出波形

（1）上升沿和下降沿變得傾斜，即存在上升時(shí)間和下降時(shí)間；

（2）上升過(guò)程的末了時(shí)刻，有上沖，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象；

（3）下降過(guò)程的末了時(shí)刻，有下沖，也可能出現(xiàn)振蕩波形；

（4）平頂部分是逐漸降落的。

　　這些失真反映了實(shí)際脈沖變壓器和理想變壓器的差別，考慮到各種因素對(duì)波形的影響，可以得到如圖2所示的脈沖變壓器等效電路。

圖中：Rsi——信號(hào)源Ui的內(nèi)阻

Rp——一次繞組的電阻

Rm——磁心損耗（對(duì)鐵氧體磁心，可以忽略）

T——理想變壓器

Rso——二次繞組的電阻

RL——負(fù)載電阻

C1、C2——一次和二次繞組的等效分布電容

Lin、Lis——一次和二次繞組的漏感

Lm1——一次繞組電感，也叫勵(lì)磁電感

n——理想變壓器的匝數(shù)比，n=N1/N2

圖2脈沖變壓器的等效電路

??? 將圖2所示電路的二次回路折合到一次，做近似處理，合并某些參數(shù)，可得圖3所示電路，漏感Li包括Lin和Lis，總分布電容C包括C1和C2；總電阻RS包括Rsi、RP和Rso；Lm1是勵(lì)磁電感，和前述的Lm1相同；RL′是RL等效到一次側(cè)的阻值，RL′=RL/n2,折合后的輸出電壓U′o=Uo/n。

??? 經(jīng)過(guò)這樣處理后，等效電路中只有5個(gè)元件，但在脈沖作用的各段時(shí)間內(nèi)，每個(gè)元件并不都是同時(shí)起主要作用，我們知道任何一個(gè)脈沖波形可以分解成基波與許多諧波的疊加。脈沖的上升沿和下降沿包含著各種高頻分量，而脈沖的平頂部分包含著各種低頻分量。因此在上升、下降和平頂過(guò)程中，各元件（L、C等）表現(xiàn)出來(lái)的阻抗也不一樣，因此我們把這一過(guò)程分成幾個(gè)階段來(lái)分析，分別找出各階段起主要作用的元件，而忽略次要的因素。例如，當(dāng)輸入信號(hào)為矩形脈沖時(shí)，可以分3個(gè)階段來(lái)分析，即上升階段、平頂階段和下降階段。

（1）上升階段

　　對(duì)于通常的正脈沖而言，上升階段即脈沖前沿，信號(hào)中包含豐富的高頻成分，當(dāng)高頻分量通過(guò)脈沖變壓器時(shí)，在圖3所示的等效電路中，C的容抗1/ωC很小，而Lm1的感抗ωLm1很大，相比起來(lái)，可將Lm1的作用忽略，而在串聯(lián)的支路中，Li的作用即較為顯著。于是可以把圖3所示的等效電路簡(jiǎn)化成圖4所示的等效電路。

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???????????????????? ?圖3圖2的等效電路????????????????????????????????圖4圖3的簡(jiǎn)化電路

　　在這個(gè)電路中，頻率越高，ωLi越大，而1/ωC越小，因而高頻信號(hào)大多降在Li上，輸出的高頻分量就減少了，可見(jiàn)輸入信號(hào)Usm前沿中所包含的高頻分量就不能完全傳輸?shù)捷敵龆?，頻率越高的成分到達(dá)輸出端越小，結(jié)果在輸出端得到的波形前沿就和輸入波形不同，即產(chǎn)生了失真。

　　要想減小這種波形失真，就要盡量減小分布電容C（應(yīng)減小變壓器一次繞組的匝數(shù)）。但又要得到一定的繞組電感量，所以需要用高磁導(dǎo)率的磁心。在繞制上也可以采取一些措施來(lái)減小分布電容，例如用分段繞法；為了減小漏感L1，可采用一、二次繞組交疊繞法等。

（2）平頂階段

　　脈沖的平頂包含著各種低頻分量。在低頻情況下，并聯(lián)在輸出端的3個(gè)元件中，電容C的容抗1/ωC很大，因此電容C可以忽略。同時(shí)在串聯(lián)支路中，Li的感抗ωLi很小，也可以略去。所以又可以把圖3電路簡(jiǎn)化為圖5所示的低頻等效電路。信號(hào)源也可以等效成電動(dòng)勢(shì)為Usm的直流電源。

　　這里可用下述公式表達(dá)

U′o=(UsmRL′)e－T/τ/(Rs＋RL′)

τ=Lm1(Rs＋RL′)RsRL′

　　可見(jiàn)U′o為一下降的指數(shù)波形，其下降速度決定于時(shí)間常數(shù)τ,τ越大，下降越慢，即波形失真越小。為此，應(yīng)盡量加大Lm1，而減小Rs和RL′,但這是有限的。如果Lm1太大，必然使繞組的匝數(shù)很多，這將導(dǎo)致繞組分布電容加大，致使脈沖上升沿變壞。

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??????????????????????????????????????????????????? 圖5圖3的低頻等效電路??

????????????????????????????????????????????????????? ??
?????????????????????????????????????????????????????圖6脈沖下降階段的等效電路

（3）下降階段

??? 下降階段的信號(hào)源相當(dāng)于直流電源Usm串聯(lián)的開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的階段，它與上升階段雖然是相對(duì)的過(guò)程，但有兩個(gè)不同；一是電感Lm1中有勵(lì)磁電流，并開(kāi)始釋放，因此Lm1不能略去；二是開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，Rs便不起作用，由此得出下降階段的等效電路，見(jiàn)圖6。

??? 一般來(lái)說(shuō)，在脈沖變壓器平頂階段以后，Lm1中存儲(chǔ)了比較大的磁能，因此在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，會(huì)出現(xiàn)劇烈的振蕩，并產(chǎn)生很大的下沖。為了消除下沖往往采用阻尼措施。

2功率變壓器的參數(shù)及公式

2.1變壓器的基本參數(shù)

　　在磁路中，磁通集中的程度，稱為磁通密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，單位是特斯拉（T），通常仍用高斯（GS）單位，1T=104GS。另一方面，產(chǎn)生磁通的磁力稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度，用符號(hào)H表示，單位是A/m

H=0.4πNI/li

式中：N——繞組匝數(shù)

I——電流強(qiáng)度

li——磁路長(zhǎng)度

磁性材料的磁滯回線表示磁性材料被完全磁化和完全去磁化這一過(guò)程的磁特性變化。圖7為一典型的磁化曲線。

由坐標(biāo)0點(diǎn)到a點(diǎn)這段曲線稱起始磁化曲線。

曲線中的一些關(guān)鍵點(diǎn)是十分重要的，BS：飽和磁通密度，Br：剩磁，HC：矯頑磁力。

當(dāng)Br越接近于BS值時(shí)，磁滯曲線的形狀越接近于矩形，見(jiàn)圖8（a），同時(shí)矯頑磁力HC越大時(shí)，磁滯曲線越寬，這表明這種磁性材料的磁化特性越硬，表明這種材料為硬磁性材料。當(dāng)Br和BS相差越大，矯頑磁力HC越小時(shí)，即磁滯曲線越瘦，表明這種材料為軟磁性材料，脈沖變壓器的磁心材料應(yīng)選用軟磁性材料，見(jiàn)圖8（b）。

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?? 圖7不帶氣隙的磁滯回線??????

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圖8硬/軟磁性材料和磁滯回線

（a）硬磁材料(b)軟磁材料

??? 如果在磁心中開(kāi)一個(gè)氣隙，將建立起一個(gè)有氣隙的磁路，它會(huì)改變磁路的有效長(zhǎng)度。因?yàn)榭諝庀兜拇艑?dǎo)率為1，所以有效磁路長(zhǎng)度le為

le=li＋μilg

式中：li——磁性材料中的磁路長(zhǎng)度

lg——空氣隙的磁路長(zhǎng)度

μi——磁性材料的磁導(dǎo)率

對(duì)一個(gè)給定安匝數(shù)，有空氣隙磁心的磁通密度要比沒(méi)有空氣隙的磁通密度小。

2.2設(shè)計(jì)變壓器的基本公式

為了確保變壓器在磁化曲線的線性區(qū)工作，可用下式計(jì)算最大磁通密度（單位：T）

Bm=(Up×104)/KfNpSc

式中：Up——變壓器一次繞組上所加電壓（V）

f——脈沖變壓器工作頻率（Hz)

Np——變壓器一次繞組匝數(shù)（匝）

Sc——磁心有效截面積（cm2）

K——系數(shù)，對(duì)正弦波為4.44,對(duì)矩形波為4.0

一般情況下，開(kāi)關(guān)電源變壓器的Bm值應(yīng)選在比飽和磁通密度Bs低一些。

變壓器輸出功率可由下式計(jì)算（單位：W）

Po=1.16BmfjScSo×10－5

式中：j——導(dǎo)線電流密度（A/mm2）

Sc——磁心的有效截面積（cm2)

So——磁心的窗口面積（cm2）

3對(duì)功率變壓器的要求

（1）漏感要小

??? 圖9是雙極性電路（半橋、全橋及推挽等）典型的電壓、電流波形，變壓器漏感儲(chǔ)能引起的電壓尖峰是功率開(kāi)關(guān)管損壞的原因之一。

圖9雙極性功率變換器波形

??? 功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電壓尖峰的大小和集電極電路配置、電路關(guān)斷條件以及漏感大小等因素有關(guān)，僅就變壓器而言，減小漏感是十分重要的。

（2）避免瞬態(tài)飽和

??? 一般工頻電源變壓器的工作磁通密度設(shè)計(jì)在B－H曲線接近拐點(diǎn)處，因而在通電瞬間由于變壓器磁心的嚴(yán)重飽和而產(chǎn)生極大的浪涌電流。它衰減得很快，持續(xù)時(shí)間一般只有幾個(gè)周期。對(duì)于脈沖變壓器而言如果工作磁通密度選擇較大，在通電瞬間就會(huì)發(fā)生磁飽和。由于脈沖變壓器和功率開(kāi)關(guān)管直接相連并加有較高的電壓，脈沖變壓器的飽和，即使是很短的幾個(gè)周期，也會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管的損壞，這是不允許的。所以一般在控制電路中都有軟啟動(dòng)電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

（3）要考慮溫度影響

??? 開(kāi)關(guān)電源的工作頻率較高，要求磁心材料在工作頻率下的功率損耗應(yīng)盡可能小，隨著工作溫度的升高，飽和磁通密度的降低應(yīng)盡量小。在設(shè)計(jì)和選用磁心材料時(shí)，除了關(guān)心其飽和磁通密度、損耗等常規(guī)參數(shù)外，還要特別注意它的溫度特性。一般應(yīng)按實(shí)際的工作溫度來(lái)選擇磁通密度的大小，一般鐵氧體磁心的Bm值易受溫度影響，按開(kāi)關(guān)電源工作環(huán)境溫度為40℃考慮，磁心溫度可達(dá)60～80℃，一般選擇Bm=0.2～0.4T，即2000～4000GS。

（4）合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　從結(jié)構(gòu)上看，有下列幾個(gè)因素應(yīng)當(dāng)給予考慮：

?漏磁要小，減小繞組的漏感；

?便于繞制，引出線及變壓器安裝要方便，以利于生產(chǎn)和維護(hù)；

?便于散熱。

4磁心材料的選擇

　　軟磁鐵氧體，由于具有價(jià)格低、適應(yīng)性能和高頻性能好等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源中。

　　軟磁鐵氧體，常用的分為錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體兩大系列，錳鋅鐵氧體的組成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要應(yīng)用在1MHz以下的各類濾波器、電感器、變壓器等，用途廣泛。而鎳鋅鐵氧體的組成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各種調(diào)感繞組、抗干擾磁珠、共用天線匹配器等。

在開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用最為廣泛的是錳鋅鐵氧體磁心，而且視其用途不同，材料選擇也不相同。用于電源輸入濾波器部分的磁心多為高導(dǎo)磁率磁心，其材料牌號(hào)多為R4K～R10K，即相對(duì)磁導(dǎo)率為4000～10000左右的鐵氧體磁心，而用于主變壓器、輸出濾波器等多為高飽和磁通密度的磁性材料，其Bs為0.5T（即5000GS）左右。

開(kāi)關(guān)電源用鐵氧體磁性材應(yīng)滿足以下要求：

（1）具有較高的飽和磁通密度Bs和較低的剩余磁通密度Br

　　磁通密度Bs的高低，對(duì)于變壓器和繞制結(jié)果有一定影響。從理論上講，Bs高，變壓器的繞組匝數(shù)可以減小，銅損也隨之減小。

在實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)電源高頻變換器的電路形式很多，對(duì)于變壓器而言，其工作形式可分為兩大類：

1）雙極性。電路為半橋、全橋、推挽等。變壓器一次繞組里正負(fù)半周勵(lì)磁電流大小相等，方向相反，因此對(duì)于變壓器磁心里的磁通變化，也是對(duì)稱的上下移動(dòng)，B的最大變化范圍為△B=2Bm，磁心中的直流分量基本抵消。

2）單極性。電路為單端正激、單端反激等，變壓器一次繞組在1個(gè)周期內(nèi)加上1個(gè)單向的方波脈沖電壓（單端反激式如此）。變壓器磁心單向勵(lì)磁，磁通密度在最大值Bm到剩余磁通密度Br之間變化，見(jiàn)圖7，這時(shí)的△B=Bm－Br，若減小Br，增大飽和磁通密度Bs，可以提高△B，降低匝數(shù)，減小銅耗。

（2）在高頻下具有較低的功率損耗

??? 鐵氧體的功率損耗，不僅影響電源輸出效率，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致磁心發(fā)熱，波形畸變等不良后果。

??? 變壓器的發(fā)熱問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中極為普遍，它主要是由變壓器的銅損和磁心損耗引起的。如果在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，Bm選擇過(guò)低，繞組匝數(shù)過(guò)多，就會(huì)導(dǎo)致繞組發(fā)熱，并同時(shí)向磁心傳輸熱量，使磁心發(fā)熱。反之，若磁心發(fā)熱為主體，也會(huì)導(dǎo)致繞組發(fā)熱。

?? 選擇鐵氧體材料時(shí)，要求功率損耗隨溫度的變化呈負(fù)溫度系數(shù)關(guān)系。這是因?yàn)?，假如磁心損耗為發(fā)熱主體，使變壓器溫度上升，而溫度上升又導(dǎo)致磁心損耗進(jìn)一步增大，從而形成惡性循環(huán)，最終將使功率管和變壓器及其他一些元件燒毀。因此國(guó)內(nèi)外在研制功率鐵氧體時(shí)，必須解決磁性材料本身功率損耗負(fù)溫度系數(shù)問(wèn)題，這也是電源用磁性材料的一個(gè)顯著特點(diǎn)，日本TDK公司的PC40及國(guó)產(chǎn)的R2KB等材料均能滿足這一要求。

（3）適中的磁導(dǎo)率

相對(duì)磁導(dǎo)率究竟選取多少合適呢？這要根據(jù)實(shí)際線路的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)決定，一般相對(duì)磁導(dǎo)率為2000的材料，其適用頻率在300kHz以下，有時(shí)也可以高些，但最高不能高于500kHz。對(duì)于高于這一頻段的材料，應(yīng)選擇磁導(dǎo)率偏低一點(diǎn)的磁性材料，一般為1300左右。

（4）較高的居里溫度

居里溫度是表示磁性材料失去磁特性的溫度，一般材料的居里溫度在200℃以上，但是變壓器的實(shí)際工作溫度不應(yīng)高于80℃，這是因?yàn)樵?00℃以上時(shí)，其飽和磁通密度Bs已跌至常溫時(shí)的70％。因此過(guò)高的工作溫度會(huì)使磁心的飽和磁通密度跌落的更嚴(yán)重。再者，當(dāng)高于100℃時(shí)，其功耗已經(jīng)呈正溫度系數(shù)，會(huì)導(dǎo)致惡性循環(huán)。對(duì)于R2KB2材料，其允許功耗對(duì)應(yīng)的溫度已經(jīng)達(dá)到110℃，居里溫度高達(dá)240℃，滿足高溫使用要求。

5開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法

5.1雙極性開(kāi)關(guān)電源變壓器的計(jì)算

設(shè)計(jì)前應(yīng)確定下列基本條件：電路形式,開(kāi)關(guān)工作頻率,變壓器輸入電壓幅值,開(kāi)關(guān)功率管最大導(dǎo)通時(shí)間,變壓器輸出電壓電流,輸出側(cè)整流電路形式，對(duì)漏感及分布電容的要求，工作環(huán)境條件等。

（1）確定磁心尺寸

1）求變壓器計(jì)算功率Pt

Pt的大小取決于變壓器輸出功率及輸出側(cè)整流電路形式：

　　全橋電路，橋式整流：Pt=(1＋1/n)Po　　半橋電路，雙半波整流：Pt=(1/n＋)Po　推挽電路，雙半波整流：Pt=(/n＋)Po式中：Po=UoIo，直流輸出功率。Pt可在（2～2.8）Po范圍內(nèi)變化，Po及Pt均以瓦（W）為單位。n=N1/N2,變壓匝數(shù)比。

2）確定磁通密度Bm

　　Bm與磁心的材料、結(jié)構(gòu)形式及工作頻率等因素有關(guān)，又要考慮溫升及磁心不飽和等要求。對(duì)于鐵氧體磁心多采用0.3T（特斯拉）左右。

3）計(jì)算磁心面積乘積Sp

Sp等于磁心截面積Sc（cm2）及窗口截面積So（cm2）的乘積，即

Sp=ScSo=[(Pt×104)/4BmfKwKj]1.16(cm4)

式中：Kw——窗口占空系數(shù)，與導(dǎo)線粗細(xì)、繞制工藝及漏感和分布電容的要求等有關(guān)。一般低壓電源變壓器取Kw=0.2～0.4。

　　Kj——電流密度系數(shù)，與鐵心形式、溫升要求等有關(guān)。對(duì)于常用的E型磁心，當(dāng)溫升要求為25℃時(shí)，Kj=366；要求50℃時(shí)，Kj=534。環(huán)型磁心，當(dāng)溫升要求為25℃時(shí)，Kj=250;要求50℃時(shí)，Kj=365。

　　由Sp值選擇適用于或接近于Sp的磁性材料、結(jié)構(gòu)形式和磁心規(guī)格。

（2）計(jì)算繞組匝數(shù)

1）一次繞組匝數(shù)：N1=(Up1ton×10－2)/2BmSc(匝)

式中：Up1——一次繞組輸入電壓幅值（V）

　　ton——一次繞組輸入電壓脈沖寬度（μs）

2）二次繞組匝數(shù)：N2=(Up2N1）/Up1（匝）

……

Ni=(UpiN1）/Up1(匝)

式中：Up2…Upi——二次繞組輸出電壓幅值（V）

（3）選擇繞組導(dǎo)線

　　導(dǎo)線截面積Smi=Ii/j(mm2)

式中：Ii——各繞組電流有效值（A）

j——電流密度

j=KjSp－0.14×10－2(A/mm2)

（4）損耗計(jì)算

1）繞組銅損Pmi=Ii2Rai(W)

式中：Rai——各繞組交流電阻（Ω），

Ra=KrRd，Rd——導(dǎo)線直流電阻，Kr——趨表系

數(shù),Kr=(D/2)2/(D－△)·△,D——圓導(dǎo)線

直徑（mm），△——穿透深度（mm），圓銅導(dǎo)線△

=66.1/f0.5（f：電流頻率，Hz）

變壓器為多繞組時(shí)，總銅損為

　　Pm=?Ii2Rai(W)

2）磁心損耗Pc=PcoGc

式中：Pco——在工作頻率及工作磁通密度情況下單

位質(zhì)量的磁心損耗（W/kg）

　　Gc——磁心質(zhì)量（kg）

3）變壓器總損耗Pz=Pm＋Pc（W）

（5）溫升計(jì)算

　　變壓器由于損耗轉(zhuǎn)變成熱量，使變壓器溫度上升，其溫升數(shù)值與變壓器表面積ST有關(guān)

式中：Sp——磁心面積乘積（cm4）

　　KS——表面積系數(shù)，E型磁心KS=41.3，環(huán)型

磁心KS=50.9

5.2單極性開(kāi)關(guān)電源變壓器的計(jì)算

　　設(shè)計(jì)前應(yīng)確定下列基本條件：電路形式，工作頻率，變換器輸入最高和最低電壓，輸出電壓電流，開(kāi)關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間，對(duì)漏感及分布電容的要求，工作環(huán)境條件等。

（1）單端反激式計(jì)算

1）變壓器輸入輸出電壓

一次繞組輸入電壓幅值UP1=Ui－△U1

式中：Ui——變換器輸入直流電壓（V）

△U1——開(kāi)關(guān)管及線路壓降（V）

二次繞組輸出電壓幅值UP2=U02＋△U2

……

UPi=U0i＋△Ui

式中：U02…U0i——直流輸出電壓（V）

△U2…△Ui——整流管及線路壓降（V）

2）一次繞組電感 臨界值(H)

式中：n——變壓器匝數(shù)比n=tonUp1/toffUp2

ton——額定輸入電壓時(shí)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間

（μs）

toff——開(kāi)關(guān)管截止時(shí)間（μs）

　　T——開(kāi)關(guān)電源工作周期（μs），T=1/f，f

：工作頻率（Hz）

　　Po——變壓器輸出直流功率（W）

　　通常要求一次繞組實(shí)際電感Lp1≥Lmin

3)確定工作磁通密度

單端反激式變壓器工作在單向脈沖狀態(tài)，一般取飽和磁通密度值（Bs）的一半，即脈沖磁通密度增量

△Bm=BS/2(T)

4）計(jì)算磁心面積乘積

　　Sp=392Lp1Ip1D12/△Bm(cm4)

式中：Ip1——一次繞組峰值電流

Ip1=2Po/Up1minDmax(A)

式中：Up1min——變壓器輸入最低電壓幅值（V）

Dmax——最大占空比，Dmax=tonmax/T

D1——一次繞組導(dǎo)線直徑（mm），由一次

繞組電流有效值I1確定，單向脈沖時(shí)

I1=Ip1（ton/T）0.5

5）空氣隙長(zhǎng)度

　　lg=0.4πLp1Ip12/△Bm2SC(cm)

6）繞組匝數(shù)計(jì)算

　　一次繞組，有氣隙時(shí)

N1=△Bmlg×104/0.4πIp1(匝) 無(wú)氣隙時(shí)(匝)

式中：LC——磁心磁路長(zhǎng)度（cm）

　　μe——磁心有效磁導(dǎo)率，由工作的磁通密度和直流磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁性材料決定，查閱磁心規(guī)格得出。

二次繞組N2=[Up2(1－Dmax)/Up1minDmax]N1

……

Ni=[Upi(1－Dmax)/UpiminDmax]N1

　　（2）單端正激式計(jì)算

　　單端正激式電路工作的特點(diǎn)是一、二次繞組同時(shí)工作，另加去磁繞組，因此計(jì)算方法與雙極性電路類似。

1）二次繞組峰值電流等于直流輸出電流，即IP2=I02

2）二次繞組電壓幅值

開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法

Up2=(Uo2＋△U2)/D(V)

式中：Uo2——輸出直流電壓（V）

　　△U2——整流管及線路壓降（V）

　　D——額定工作狀態(tài)時(shí)的占空比D=ton/T

3）變壓器輸出功率

P2=?(DUp2Ip2)(W)

式中：Up2——變壓器輸出電壓幅值（V）

Ip2——二次繞組峰值電流（A）

4）確定磁心體積

　　Ve=(12.5βP2×103)/f(cm3)

式中：β——計(jì)算系數(shù)，工作頻率f=30～50kHz時(shí)，

β=0.3

由Ve值選擇接近尺寸的磁心。

5）一次繞組匝數(shù)

N1=(Up1ton×10－2)/f(匝)

式中：Up1——變壓器輸入額定電壓幅值（V）

6）二次繞組匝數(shù)N2=(Up2/Up1)N1

……

Ni=UpiN1/Up1

7）去磁繞組匝數(shù)NH=N1

8）繞組電流有效值 二次側(cè)：I2=Ip2

　　一次側(cè)：I1=Up2I2/Up1

　　去磁：IH=(5～10)％I1

＊＊＊

上述僅是常規(guī)計(jì)算方法，由于所選用材料及工藝的不同，有些數(shù)據(jù)應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

　　還應(yīng)做漏感、分布電容、溫升及窗口校核等計(jì)算，這些計(jì)算較繁瑣，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，必要時(shí)請(qǐng)閱專著。

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