高频变压器参数计算

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1、高频变压器参数计算高频变压器参数计算一电磁学计算公式推导： 1磁通量与磁通密度相关公式： = = B B * * S S - 磁通(韦伯)B - 磁通密度(韦伯每平方米或高斯) 1 韦伯每平方米=104高斯S - 磁路的截面积(平方米)B B = = H H * * - 磁导率(无单位也叫无量纲)H - 磁场强度(伏特每米)H = I*N / l l I - 电流强度(安培)N - 线圈匝数(圈 T)l l - 磁路长路(米) 2电感中反感应电动势与电流以及磁通之间相关关系式：EL = / / tt * * N N EL = ii / / tt * * L L - 磁通变化量(韦伯) i -

2、电流变化量(安培) t - 时间变化量(秒) N - 线圈匝数(圈 T) L - 电感的电感量(亨) 由上面两个公式可以推出下面的公式： / t * N = i / t * L 变形可得： N = i * L/ 再由 = B * S 可得下式: N N = = ii * * L L / / ( ( B B * * S S ) ) 且由式直接变形可得：ii = EL * tt / / L L 联合同时可以推出如下算式: L L =(*=(* S S )/)/ l l * * N N2 2 这说明在磁芯一定的情况下电感量与匝数的平方成正比( (影响电感量的因素影响电感量的因素) ) 3电感中能量与

3、电流的关系：QL = 1/2 * I2 * L QL - 电感中储存的能量(焦耳) I - 电感中的电流(安培) L - 电感的电感量(亨) 4根据能量守恒定律及影响电感量的因素和联合式可以得出初次级匝数比与占空比的关系式：N1/N2 = (E1*D)/(E2*(1-D) N1 - 初级线圈的匝数(圈) E1 - 初级输入电压(伏特) N2 - 次级电感的匝数(圈) E2 - 次级输出电压(伏特) 二根据上面公式计算变压器参数： 1高频变压器输入输出要求： 输入直流电压： 200- 340 V 输出直流电压： 23.5V 输出电流： 2.5A * 2 输出总功率： 117.5W 2确定初次级匝

4、数比： 次级整流管选用 VRRM =100V 正向电流(10A)的肖特基二极管两个，若初次级 匝数比大则功率所承受的反压高匝数比小则功率管反低,这样就有下式：N1/N2N1/N2 = = V VIN(max)IN(max) / / (V(VRRMRRM * * k k / / 2)2) N1 - 初级匝数 VIN(max) - 最大输入电压 k - 安全 系数 N2 - 次级匝数 Vrrm - 整流管最大反向耐压 这里安全系数取 0.9由此可得匝数比匝数比 N1/N2N1/N2 = = 340/(100*0.9/2)340/(100*0.9/2) 7.67.63计算功率场效应管的最高反峰电压:

5、VmaxVmax = = V Vin(max)in(max) + + (Vo+Vd)/(Vo+Vd)/ N2/N2/ N1N1 Vin(max) - 输入电压最大值 Vo - 输出电压 Vd - 整流管正向电压 Vmax = 340+(23.5+0.89)/(1/7.6) 由此可计算由此可计算功率管承受的最大电压功率管承受的最大电压: : VmaxVmax 525.36(V)525.36(V)4计算 PWM 占空比： 由式变形可得： D = (N1/N2)*E2/(E1+(N1 /N2*E2) D=(N1/N2)*(Vo+Vd)/Vin(min)+N1/N2*(Vo+Vd) D=7.6*(23

6、.5+0.89)/200+7.6*(23.5+0.89)由些可计算得到由些可计算得到占空比占空比 D 0.4815算变压器初级电感量： 为计算方便假定变压器初级电流为锯齿波，也就是电流变化量等于电流的 峰值,也就是理想的认为输出管在导通期间储存的能量在截止期间全部消耗完。 那么计算初级电感量就可以只以 PWM 的一个周期来分析，这时可由式可以 有如下推导过程：（P/）/ f = 1/2 * I2 * L P - 电源输出功率 (瓦特) - 能量转换效率 f - PWM 开关频率 将式代入式：（P/）/ f = 1/2 * (EL * tt / / L)L)2 2 * L tt = = D D

7、/ / f (D - PWM 占空比) 将此算式代入式变形可得：L L = = E E2 2 * * D D2 2 */*/ ( ( 2 2 * * f f * * P P ) ) 这里取效率为 85%， PWM 开关频率为 60KHz. 在输入电压最小的电感量为： L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5计算计算初级电感量为初级电感量为: : L1L1 558(uH)558(uH)计算初级峰值电流： 由式可得：i = EL * t / L = 200 * (0.481/60000 )/ (558*10-6)计算计算初级电流的峰值为初级电流的峰值为:

8、: IppIpp 2.87(A)2.87(A)初级平均电流为：初级平均电流为： I I1 1 = = Ipp/2/(1/D)Ipp/2/(1/D) = = 0.690235(A)0.690235(A) 6计算初级线圈和次级线圈的匝数：磁芯选择为磁芯选择为 EE-42EE-42(截面积 1.76mm2)磁通密度为防治饱和取值为 2500 高斯也即 0.25 特斯拉, 这样由式可得初级电感的匝数为:N1= i * L / ( B * S ) = 2.87 * (0.558*10-3)/0.25*(1.76*10-4)计算初级电感匝数计算初级电感匝数: : N1N1 3636 ( (匝匝) )同时可

9、计算次级匝数：同时可计算次级匝数： N2N2 5 5 ( (匝匝) )7计算次级线圈的峰值电流： 根据能量守恒定律当初级电感在功率管导通时储存的能量在截止时在次级 线圈上全部释放可以有下式：由式可以得到：Ipp2=N1/N2* Ipp Ipp2 = 7.6*2.87 由此可计算由此可计算次级峰值电流为：次级峰值电流为：Ipp2 = 21.812(A)次级平均值电流为次级平均值电流为 I2=II2=Ipp2pp2/2/(1/(1-D)=/2/(1/(1-D)= 5.7(A)5.7(A)6.计算激励绕组(也叫辅助绕组)的匝数： 因为次级输出电压为 23.5V，激励绕组电压取 12V，所以为次级电压

10、的一半由此可计算由此可计算激励绕组匝数为激励绕组匝数为: : N3N3 N2N2 / / 2 2 3 3 ( (匝匝) )激励绕组的电流取激励绕组的电流取: : I I3 3 = = 0.1(A)0.1(A)3 变压器主要参数的计算 3.1 变压器的计算功率 半桥式变换器的输出电路为桥 式整流时，其开关电源变压器的计算功率为： Pt=UoIo(11/)(1) 将 Uo=2100V,Io=0.08A,=80代入式（1） ，可得 Pt=378W。 3.2 变压器的设计输 出能力 变压器的设计输出能力为： Ap=(Pt104/4BmfKWKJ)1.16（2） 式中： 工作频率 f 为 30kHz，工

11、作磁感应强度 Bm 取 0.6T，磁心的窗口占空系数 KW 取 0.2，矩形磁心的电流密度（温升为 50时）KJ 取 468。经计算，变压器的设 计输出能力 AP=0.511cm4。 3.4 绕组计算 初级匝数：D 取 50，Ton=D/f=0.5/(30103)=16.67s, 忽略开关管压降，Up1=Ui/2=150V。 N1=Up1Ton102/2BmAc=(15016.67)102 /(20.6110.7)=29.77 匝 取 N1=30 匝 次级匝数：忽略整流管压降，Up2=Uo=2100V。 N2=Up2N1/Up1=(302100)/150=420 匝 3.5 导线线径 Ip1=

12、Up2Ip2/Up1=0.082100/150=1.12A 电流密度： J=KjAp0.14102=4680.5110.14 102=5.14A/mm2 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=Ip1/J=1.12/4=0.28mm2 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： 计算导线截面积为 Sm2=Ip2/J=0.08/4=0.02mm2。 次级绕组的线径可选 d=0.16mm 的圆铜线，其截 面积为 0.02mm2。为了方便线圈绕制也可选用线径较粗的导线。 4 线圈绕制与 绝

13、缘 为减小分布参数的影响，初级采用双腿并绕连接的结构，次级采用分段绕 制，串联相接的方式，降低绕组间的电压差，提高变压器的可靠性，绕制后的 线圈厚度约为 4.5mm。小于磁心窗口宽度 13.4mm 的一半。在变压器的绝缘方面， 线圈绝缘选用抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸，提高初、次级之间 的绝缘强度和抗电晕能力。变压器绝缘则采用整体灌注的方法来保证变压器的 绝缘使用要求。 以上说法是否正确，请大家指教。高频变压器主要参数的计算高频变压器主要参数的计算 高频变压器的计算功率 半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为： Pt=UoIo(11/)(1) 将 Uo=2100V,Io=0.08A,=80代入式（1），可得Pt=378W。 3.2 变压器的设计输出能力 变压器的设计输出能力为： Ap=(Pt104/4BmfKWKJ)1.16（2） 式中：工作频率 f 为 30kHz，工作磁感应强度 Bm 取