高頻變壓器參數(shù)與計算公式，相信論壇也有這方面的了。看看有什么不一樣。

高頻變壓器參數(shù)與計算公式　　

高頻變壓器制作與技術(shù)參數(shù)　　

脈沖變壓器也可稱作開關(guān)變壓器，或簡單地稱作高頻變壓器。在傳統(tǒng)的高頻變壓器設(shè)計中，由于磁芯材料的限制，其工作頻率較低，一般在20kHz左右。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，電源系統(tǒng)的小型化、高頻化和大功率化已成為一個永恒的研究方向和發(fā)展趨勢。因此，研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統(tǒng)體積、提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。

　　隨著應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的不斷擴展，開關(guān)電源的應(yīng)用愈來愈廣泛，但制作開關(guān)電源的主要技術(shù)和耗費主要精力就是制作開關(guān)變壓器的部件。　　開關(guān)變壓器與普通變壓器的區(qū)別大致有以下幾點：

　　(1)電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級繞組中電流都是非正弦波。

　　(2)變壓器的工作頻率比較高，通常都在幾十赫茲，甚至高達幾十萬赫茲。在確定鐵芯材料及損耗時必須考慮能滿足高頻工作的需要及鐵芯中有高次諧波的影響。

　　(3)繞組線路比較復(fù)雜，多半都有中心抽頭。這不僅增大了初級繞組的尺寸，增大了變壓器的體積和重量，而且使繞組在鐵芯窗口中的分布關(guān)系發(fā)生變化。

　　磁芯材料的選擇

　　從變壓器的性能指標要求可知，傳統(tǒng)的薄帶硅鋼已很難滿足變壓器在頻率、使用環(huán)境方面的設(shè)計要求。磁芯的材料只有從坡莫合金、鐵氧體材料、鈷基非晶態(tài)合金和超微晶合金幾種材料中來考慮。坡莫合金、鈷基非晶態(tài)價格高，約為鐵氧體材料的數(shù)倍，而飽和磁感應(yīng)強度Bs也不是很高，且加工工藝復(fù)雜?？紤]到我們所要求的電源輸出功率并不高，大約為30W，因此，綜合幾種材料的性能比較，我們還是選擇了飽和磁感應(yīng)強度Bs較高，溫度穩(wěn)定性好，價格低廉，加工方便的性價比較低的鋅錳鐵氧體材料，并選以此材料作為框架的EI28來繞制本例中的脈沖變壓器。高頻變壓器鐵芯EE16型磁芯，每個E：縱向尺寸：全高16 中心柱高4 上下各3 橫向尺寸：總寬8 伸出部分寬5 厚：4mm。

　　變壓器主要參數(shù)的計算

　　本例中的變換器采用單端反激式工作方式，單端反激變換器在小功率開關(guān)電源設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛，且多路輸出較方便。單端反激電源的工作模式有兩種：電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式。前者適用于較小功率，副邊二極管存在沒有反向恢復(fù)的問題，但MOS管的峰值電流相對較大；后者MOS管的峰值電流相對較小，但存在副邊二極管的反向恢復(fù)問題，需要給二極管加吸收電路。這兩種工作模式可根據(jù)實際需求來選擇，本文采用了后者

。　　設(shè)計變壓器時大多需要考慮下面問題：變換器頻率f(H2)；初級電壓U1(V)，次級電壓U2(V)；次級電流i2(A)；繞組線路參數(shù)n1、，n2；溫升τ(℃)；繞組相對電壓降u；環(huán)境溫度τHJ(℃)；絕緣材料密度γz(g／cm3)

　　1)根據(jù)變壓器的輸出功率選取鐵芯，所選取的鐵芯的戶，值應(yīng)等于或大于給定值。

　　2)繞組每伏匝數(shù)

　　高頻變壓器參數(shù)計算

　　一． 電磁學計算公式推導(dǎo)：

1．磁通量與磁通密度相關(guān)公式：　　Ф = B * S                   

 ⑴　　Ф  ----- 磁通(韋伯)

　　B   ----- 磁通密度(韋伯每平方米或高斯)  1韋伯每平方米=104高斯

　　S   ----- 磁路的截面積(平方米)

　　B = H * μ                    

⑵　　μ  ----- 磁導(dǎo)率(無單位也叫無量綱)

　　H   ----- 磁場強度(伏特每米)

　　H = I*N / l 

 ⑶　　I   ----- 電流強度(安培)

　　N   ----- 線圈匝數(shù)(圈T)

　　l   ----- 磁路長路(米)

2．電感中反感應(yīng)電動勢與電流以及磁通之間相關(guān)關(guān)系式：

　　EL =⊿Ф / ⊿t * N            

 ⑷　　EL = ⊿i / ⊿t * L            

 ⑸　　⊿Ф  ----- 磁通變化量(韋伯)

　　⊿i   ----- 電流變化量(安培)

　　⊿t   ----- 時間變化量(秒)

　　N     ----- 線圈匝數(shù)(圈T)

　　L     ------- 電感的電感量(亨)

　　由上面兩個公式可以推出下面的公式：

　　⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L  變形可得：

　　N = ⊿i * L/⊿Ф　　再由Ф = B * S  可得下式:

　　N = ⊿i * L / ( B * S )      

⑹　　且由⑸式直接變形可得：

　　⊿i = EL  * ⊿t / L            

⑺　　聯(lián)合⑴⑵⑶⑷同時可以推出如下算式:

　　L =(μ* S )/ l * N2                  

 ⑻　　這說明在磁芯一定的情況下電感量與匝數(shù)的平方成正比(影響電感量的因素)

　　3．電感中能量與電流的關(guān)系：

　　QL = 1/2 * I2 * L             

⑼　　QL  -------- 電感中儲存的能量(焦耳)

　　I   -------- 電感中的電流(安培)

　　L   ------- 電感的電感量(亨)

　　4．根據(jù)能量守恒定律及影響電感量的因素和聯(lián)合⑺⑻⑼式可以得出初次級匝數(shù)比與占空比的關(guān)系式：

　　N1/N2 = (E1*D)/(E2*(1-D))      

⑽　　N1  -------- 初級線圈的匝數(shù)(圈) 

    E1  -------- 初級輸入電壓(伏特)

　　N2  -------- 次級電感的匝數(shù)(圈) 

    E2  -------- 次級輸出電壓(伏特)　

　二． 根據(jù)上面公式計算變壓器參數(shù)：

　　1． 高頻變壓器輸入輸出要求：

　　輸入直流電壓：

         200--- 340 V

　　輸出直流電壓：

         23.5V

　　輸出電流：

             2.5A * 2

　　輸出總功率：

           117.5W

　　2． 確定初次級匝數(shù)比：

　　次級整流管選用VRRM =100V正向電流(10A)的肖特基二極管兩個，若初次級匝數(shù)比大則功率所承受的反壓高匝數(shù)比小則功率管反低,這樣就有下式：

　　N1/N2 = VIN(max) / (VRRM * k  / 2)

         ⑾　　N1 ----- 初級匝數(shù)

     VIN(max)  ------  最大輸入電壓 

   k ----- 安全系數(shù)

　　N2 ----- 次級匝數(shù) 

    Vrrm  ------  整流管最大反向耐壓

　　這里安全系數(shù)取0.9

　由此可得匝數(shù)比N1/N2  =  340/(100*0.9/2) ≌ 7.6

　　3． 計算功率場效應(yīng)管的最高反峰電壓:

　　Vmax = Vin(max) + (Vo+Vd)/ N2/ N1 

             ⑿　　Vin(max)  -----  輸入電壓最大值 

          Vo ----- 輸出電壓

　　Vd    ----- 整流管正向電壓

　　Vmax = 340+(23.5+0.89)/(1/7.6)

　　由此可計算功率管承受的最大電壓: Vmax ≌ 525.36(V)

　　4． 計算PWM占空比：

　　由⑽式變形可得：

　　D = (N1/N2)*E2/(E1+(N1 /N2*E2)

　　D=(N1/N2)*(Vo+Vd)/Vin(min)+N1/N2*(Vo+Vd) 

 ⒀　　D=7.6*(23.5+0.89)/200+7.6*(23.5+0.89)

　　由些可計算得到占空比 D≌ 0.481

　　5． 算變壓器初級電感量：

　　為計算方便假定變壓器初級電流為鋸齒波，也就是電流變化量等于電流的峰值,也就是理想的認為輸出管在導(dǎo)通期間儲存的能量在截止期間全部消耗完。那么計算初級電感量就可以只以PWM的一個周期來分析，這時可由⑼式可以有如下推導(dǎo)過程：

　　（P/η）/ f  = 1/2 * I2 * L

     ⒁　　P ------- 電源輸出功率 (瓦特)  η ---- 能量轉(zhuǎn)換效率  f ---- PWM開關(guān)頻率將⑺式代入⒁式：

　?。≒/η）/ f  = 1/2 * (EL  * ⊿t / L)2 * L

   ⒂　　⊿t  = D /  f   (D ----- PWM占空比)

　　將此算式代入⒂式變形可得：

　　L = E2 * D2 *η/ ( 2 * f * P ) 

      ⒃　　這里取效率為85%， PWM開關(guān)頻率為60KHz.

　　在輸入電壓最小的電感量為：

　　L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5

　　計算初級電感量為: L1 ≌ 558(uH)

　　計算初級峰值電流：

　　由⑺式可得：

　　⊿i = EL  * ⊿t / L = 200 * (0.481/60000 )/ (558*10-6)

　　計算初級電流的峰值為: Ipp ≌ 2.87(A)

　　初級平均電流為： I1 = Ipp/2/(1/D) = 0.690235(A)

　　6． 計算初級線圈和次級線圈的匝數(shù)：

　　磁芯選擇為EE-42(截面積1.76mm2)磁通密度為防治飽和取值為2500高斯也即0.25特斯拉, 這樣由⑹式可得初級電感的匝數(shù)為:

　　N1= ⊿i * L / ( B * S ) = 2.87 * (0.558*10-3)/0.25*(1.76*10-4)

　　計算初級電感匝數(shù):  N1 ≌ 36 (匝)

　　同時可計算次級匝數(shù)： N2 ≌ 5 (匝)

　　7． 計算次級線圈的峰值電流：

　　根據(jù)能量守恒定律當初級電感在功率管導(dǎo)通時儲存的能量在截止時在次級線圈上全部釋放可以有下式：

　　由⑻⑼式可以得到：　　Ipp2=N1/N2* Ipp 

         ⒄　　Ipp2 = 7.6*2.87

　　由此可計算次級峰值電流為：Ipp2 = 21.812(A)

　　次級平均值電流為I2=Ipp2/2/(1/(1-D))= 5.7(A)

　　6.計算激勵繞組(也叫輔助繞組)的匝數(shù)：

　　因為次級輸出電壓為23.5V，激勵繞組電壓取12V，所以為次級電壓的一半

　　由此可計算激勵繞組匝數(shù)為: N3 ≌ N2 / 2 ≌ 3 (匝)

　　激勵繞組的電流取:  I3 = 0.1(A)

　　繞制脈沖變壓器是制作開關(guān)電源的重要工作，也是設(shè)計與制作過程中消耗大量時間和主要精力的工作。變壓器做得好，整個設(shè)計與制作工作就完成了70%以上。做得不好，可能就會出現(xiàn)停振、嘯叫或輸出電壓不穩(wěn)、負載能力不高等現(xiàn)象。在變壓器的溫升<35℃，繞制良好的脈沖變壓器的工作效率可達到90%以上，且波形質(zhì)量優(yōu)異，電性能參數(shù)穩(wěn)定。在100kHz的使用條件下，脈沖變壓器的體積可以大大減小。繞制變壓器時，要盡最大的努力保證以下幾點：

　　(1)即使輸入電壓最大，主開關(guān)器件導(dǎo)通時間最長，也不至于使變壓器的磁芯飽和；

　　(2)初級線圈與次級線圈的耦合要好，漏電感要?。?/span>

　　(3)高頻開關(guān)變壓器會因集膚效應(yīng)導(dǎo)致電線的電阻值增大，因而要減小電流密度。通常，工作時的最大磁通密度取決于次級線圈。

　　(4)一般來說，采用鐵氧體磁芯E128時，要把Bm控制在3kGs以下。