高頻變壓器的設計和分析

劉志坤 王軍輝 孔亮 李可可 李子豪

高頻變壓器的設計和分析

劉志坤 王軍輝 孔亮 李可可 李子豪

（河南理工大學 河南·焦作 454000）

摘 要 高頻變壓器是作為開關電源最主要的組成部分。開關電源一般采用半橋式功率轉換電路，工作時兩個開關三極管輪流導通來產生100kHz的高頻脈沖波，然后通過高頻變壓器進行降壓，輸出低電壓的交流電，高頻變壓器各個繞組線圈的匝數比例則決定了輸出電壓的多少，本文就單端反激式開關電源變換器等問題作了相應的分析。

關鍵詞 高頻變壓器 單端反激式 開關電源

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A

1單端反激式開關電源變換器

單端反激式變壓器又稱電感儲能式變壓器，當高壓開關管VT1 被脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）脈沖信號激勵而導通時，直流輸入電壓施加到高頻變壓器T 的原邊繞組上，在變壓器次級繞組上感應出的電壓使整流管VD1 反向偏置而阻斷，此時電源能量以磁能形式存儲在初級電感中；當開關管VT1 截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極性顛倒，使D1 導通，儲存在變壓器中的能量釋放給負載。

2變壓器磁芯的選擇

開關電源輸出功率為120w，磁芯磁導率為：

u=uxu0=2000？ ？0-7=8 ？0-4（N/A2）…… （1）

其中開關管最大占空比：

D max = ？00% （2）

其中， Vor是副邊折射到原邊的反射電壓大小為135v；Vdcmin為最小輸入直流電壓，大小為120v；Vds是開關管漏源極電壓，大小為10v；將以上數據代入后，得到輸入占空比為50%；開關電源效率=80%；則所需要變壓器面積乘積為1.3 cm^2這里取窗口面積利用系數Kw=0.4；

電流密度J=400A/cm^2；磁感應強度Bm=0.25；脈動電流和峰值電流比例系數為Krp=0.7；由于骨架需要，這里選擇EI40磁芯，EI40參數：A=40mm ，B=26.8mm ，C=11.8mm，D=11.8mm， E=20.3mm， F=27.3mm；

其磁芯截面積為：Ac=1.2*1.2=1.44cm^2；

窗口面積為：Am=0.8*2.03=1.62cm^2；

磁路長度為：L=9.2*10^-2m

磁芯面積乘積：App=Ac*Am=1.44*1.62=2.33cm^2；

綜合以上計算，EI40型鐵芯滿足設計要求。

2.1原邊繞組匝數Np的計算

根據公式 ， （3）

代入計算可得Np=48.4匝，實際取值為50匝；

2.2輸出繞組匝數的計算

公式 （4）

其中，Uf是整流管的電壓，大小取0.4V；代入公式可得：N2=9.76匝，這里取10匝。

2.3反饋繞組匝數的計算

根據公式（4）可得，反饋繞組匝數N2=8.5匝，這里取N2=9匝。

2.4磁芯氣隙寬度的計算

在單端反激式開關電源中，高頻變壓器磁芯的氣隙對電源性能影響較大。為防止變壓器磁芯發生磁飽和現象，要在磁芯中留有氣隙。

原邊電感計算公式為：， （5）

其中Emin這里取300v，Pin=150w，Dmax=0.5；代入公式可得，Lp=750uH；

原邊電流最大值為： （6）

將Lp，代入公式可得，Ip=2A；

根據公式： （7）

其中，Ae是有效磁芯面積，大小為1.44cm^2，將Lp代入得， =0.06cm。

2.5繞組線徑的計算：

經相關運算；初級線徑大小為：d=0.94mm；二次側線徑大小為：d=1.68mm。

根據以上數據分析可得：原邊繞組 N1 用 0.5mm 線徑繞 50 匝；輸出繞組 N2 用0.8mm 線徑雙線，并繞10 匝；反饋繞組N3用0.5 線徑繞9 匝。

3結束語

本文針對變壓器的相關指標做了簡單的分析計算，希望能夠給從事相關工作的人員提供以下參考。

參考文獻

[1] 錢振宇.開關電源的電磁兼容性設計與測試.電子工業出版社，2006.

[2] 趙建領.Protel電路設計與制版寶典.電子工業出版社，2007.