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1、电源高频变压器的设计方法简介设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈 式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高 频变压器的设计方法。设计目标：电源输入交流电压在180V260V之间，频率为50Hz,输出电压为直流5V、14A,功率为70W, 电源工作频率为 30KHz。设计步骤：1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp由于是电流不连续性电源,当功率管导通时,电流会达 到峰值,此值等于功率管的峰值电流。由电感的电流和电压 关系 V=L*di/dt 可知：输入电压： Vin(min)=Lp*Ipp/Tc取1/Tc=f/Dmax，则上式为：Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax
2、Lp :高频变压器初级电感值，mHIpp ： 变压器初级峰值电流， ADmax： 最大工作周期系数f ： 电源工作频率， kHz在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每 个周期内储存的能量，其为：Pout=1/2*Lp*Ip p2*f将其与电感电压相除可得：Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2 *Lp*Ipp*f)由此可得：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)其中：Vin(min) = 1 4*Vacin(min)20V(直流涟波及二极 管压降) = 232V,取最大工作周期系数Dmax=O45。贝V：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin
3、(min)*Dmax) =2*70/(232*045)=134A当功率管导通时,集极要能承受此电流。2、求最小工作周期系数 Dmin在反馈式电流不连续电源中,工作周期系数的大小由输 入电压决定。Dmin=Dmax/(1Dmax) *k+Dmax其中： k=Vin(max)/Vin(min)Vin(max) = 260V*140V(直流涟波)= 364V,若允 许 10%误差, Vin(max)=400V。Vin(min) = 232V,若允许 7%误差，Vin(min) = 21 6V。由此可得：k=Vin(max)/Vin(min)=400/216=185Dmin=Dmax/(1-Dmax)
4、*k+Dmax=0.45/(1-0.45)*1.85+0.45=0.31因此，当电源的输入直流电压在 216V400V 之间时工作周期系数 D 介于 0.310.45 之间。3、计算高频变压器的初级电感值 LpLp=Vin(min)*Dmax/(Ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mH4、计算出绕组面积 Aw 和铁心有效面积 Ae 的乘积 Aw*Ae, 选择铁心尺寸。如果我们只绕初级于线架上，则：Aw*Ae=(6.33*Lp*Ipp*d2) *108/Bmax其中：d为绝缘线的直径，Bmax选择为Bsat/2。在反馈式变压器中，如果初级占 30%的绕组面积，则其余
5、的 70%为次级和绝缘空间，因此， Aw*Ae 须再乘以 3 倍，为了安全起见，我们将其提高为 4 倍。因此，Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax此式只是估算，最后铁心和线架的选择是可以改变的。假设选择绕组绕线的电流密度为400cm/A,则400c. m/A*1.34A=536(c.m),我们参考美国线规(AWG)，取 NO.22AWG导线，其值为0028IN。我们选择TDK H7 C1材料的E-E型铁心，它在100C时，Bsat=3900G, B max=Bsat/2=1950G，可得：Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/B max=4*(
6、6.33*2.4*103*1.34*0.028 2)*108/1950=3.27cm4由TDK目录中可查得EE42*42*15的铁心和线架Aw *Ae= 1.83cm2*1.83cm2=333cm4，因此，我们选用此 铁心。5、计算空气间隙长度 Lg在反馈式电源变压器中，磁通只在第一象限中变化，电 流磁通量不会出现负值。为防止变压器饱和，可以采用大体 积铁心或在磁通路径上使用空气间隙，为减少电源体积，我 们采用间隙法，使磁滞回路变的平坦，在相同的直流偏压下 可降低工作的磁通密度。在磁通路径上，空气间隙会产生较大的磁阻，因此，变 压器所存储的大部分能量是在空气间隙中，空气间隙体积为 Vg,长度为
7、Lg。由，1/2*Lp*Ipp2=1/2*Bmax*H*Vg*108Vg=Ae*LguOH = Bmax/ (04*n)u0 ：空气磁导率=1可得：Lg = 04*n*Lp* Ipp2 *108/(Bmax2 *Ae)=04*n*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm因此，我们在E-E铁心中心柱分割0078cm的间隙。6、计算变压器初级线圈 NpNp=Lp*Ipp*108/(Ae*Bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(T)7、计算变压器次级线圈 Ns在输入电压最小、工作周期最大时，计算变压器次级线 圈 Ns 。Vout+Vd=Vin(min)*Dmax/(1-Dmax) *Ns/Np(Vd 是整流管压降)Ns=Np*(Vp+Vd)*(1-Dmax)/(Vin(min)*Dmax)=90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)=2.84(T)取整数为3 圈。电源输入电流为 14A，400c.m/A*14A=5600(c.m)， 考虑到集肤效应和生产作业方便，我们采用 1400c.m，4 条线并联联使用，AWG NO： 18即可。高频变压器的设计方法很多，希望此例对大家有所帮助
