高頻變壓器的設(shè)計(jì)和分析

劉志坤 王軍輝 孔亮 李可可 李子豪

高頻變壓器的設(shè)計(jì)和分析

劉志坤 王軍輝 孔亮 李可可 李子豪

（河南理工大學(xué) 河南·焦作 454000）

摘 要 高頻變壓器是作為開(kāi)關(guān)電源最主要的組成部分。開(kāi)關(guān)電源一般采用半橋式功率轉(zhuǎn)換電路，工作時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)三極管輪流導(dǎo)通來(lái)產(chǎn)生100kHz的高頻脈沖波，然后通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行降壓，輸出低電壓的交流電，高頻變壓器各個(gè)繞組線(xiàn)圈的匝數(shù)比例則決定了輸出電壓的多少，本文就單端反激式開(kāi)關(guān)電源變換器等問(wèn)題作了相應(yīng)的分析。

關(guān)鍵詞 高頻變壓器 單端反激式 開(kāi)關(guān)電源

中圖分類(lèi)號(hào)：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1單端反激式開(kāi)關(guān)電源變換器

單端反激式變壓器又稱(chēng)電感儲(chǔ)能式變壓器，當(dāng)高壓開(kāi)關(guān)管VT1 被脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）脈沖信號(hào)激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，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(jí)繞組上感應(yīng)出的電壓使整流管VD1 反向偏置而阻斷，此時(shí)電源能量以磁能形式存儲(chǔ)在初級(jí)電感中；當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 截止時(shí)，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(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。

2變壓器磁芯的選擇

開(kāi)關(guān)電源輸出功率為120w，磁芯磁導(dǎo)率為：

u=uxu0=2000？ ？0-7=8 ？0-4（N/A2）…… （1）

其中開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)管漏源極電壓，大小為10v；將以上數(shù)據(jù)代入后，得到輸入占空比為50%；開(kāi)關(guān)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(shù)Kw=0.4；

電流密度J=400A/cm^2；磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=0.25；脈動(dòng)電流和峰值電流比例系數(shù)為Krp=0.7；由于骨架需要，這里選擇EI40磁芯，EI40參數(shù)：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(zhǎng)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(jì)算，EI40型鐵芯滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.1原邊繞組匝數(shù)Np的計(jì)算

根據(jù)公式 ， （3）

代入計(jì)算可得Np=48.4匝，實(shí)際取值為50匝；

2.2輸出繞組匝數(shù)的計(jì)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(shù)的計(jì)算

根據(jù)公式（4）可得，反饋繞組匝數(shù)N2=8.5匝，這里取N2=9匝。

2.4磁芯氣隙寬度的計(jì)算

在單端反激式開(kāi)關(guān)電源中，高頻變壓器磁芯的氣隙對(duì)電源性能影響較大。為防止變壓器磁芯發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，要在磁芯中留有氣隙。

原邊電感計(jì)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(jù)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(xiàn)徑的計(jì)算：

經(jīng)相關(guān)運(yùn)算；初級(jí)線(xiàn)徑大小為：d=0.94mm；二次側(cè)線(xiàn)徑大小為：d=1.68mm。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可得：原邊繞組 N1 用 0.5mm 線(xiàn)徑繞 50 匝；輸出繞組 N2 用0.8mm 線(xiàn)徑雙線(xiàn)，并繞10 匝；反饋繞組N3用0.5 線(xiàn)徑繞9 匝。

3結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)變壓器的相關(guān)指標(biāo)做了簡(jiǎn)單的分析計(jì)算，希望能夠給從事相關(guān)工作的人員提供以下參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)振宇.開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)與測(cè)試.電子工業(yè)出版社，2006.

[2] 趙建領(lǐng).Protel電路設(shè)計(jì)與制版寶典.電子工業(yè)出版社，2007.