开关电源 高频 变压器计算设计[学术参考].doc

要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(35层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该如何来计算高频变压器的匝数，从而解决这个问题？接下来，晨飞电子就为大家介绍下匝数的计算方法：开关电源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*S；-磁通(韦伯)；B-磁通密度(韦伯每平方米或高斯)1韦伯；S-磁路的截面积(平方米)；B=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；I-电流强度(安培)；N-线圈匝数一 电磁学计算公式推导：1磁通量与磁通密度相关公式： = B * 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 = 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 I - 电流强度(安培) N - 线圈匝数(圈T)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 = / t * N EL = i / t * L - 磁通变化量(韦伯)i - 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 = i * L / ( B * S ) 且由式直接变形可得：i = EL * t / L 联合同时可以推出如下算式:L =(* S )/ l * N2 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)3电感中能量与电流的关系：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： 117.5W2 确定初次级匝数比：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/N2 = VIN(max) / (VRRM * k / 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N1/N2 = 340/(100*0.9/2) 7.63 计算功率场效应管的最高反峰电压:Vmax = Vin(max) + (Vo+Vd)/ N2/ N1 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)由此可计算功率管承受的最大电压: Vmax 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*(23.5+0.89)/200+7.6*(23.5+0.89)由些可计算得到占空比 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 * t / L)2 * L t = D / f (D - PWM占空比)将此算式代入式变形可得：L = E2 * D2 */ ( 2 * f * 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计算初级电感量为: L1 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)计算初级电流的峰值为: Ipp 2.87(A)初级平均电流为： I1 = Ipp/2/(1/D) = 0.690235(A)6 计算初级线圈和次级线圈的匝数：磁芯选择为EE-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: N1 36 (匝)同时可计算次级匝数： N2 5 (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由此可计算次级峰值电流为：Ipp2 = 21.812(A)次级平均值电流为I2=Ipp2/2/(1/(1-D)= 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，所以为次级电压的一半 由此可计算激励绕组匝数为: N3 N2 / 2 3 (匝)激励绕组的电流取: I3 = 0.1(A)以上就是高频变压器匝数的计算方法步骤，按照以上的方法步骤来计算高频变压器的匝数，能够最快的让你学会匝数的计算，建议能够边操作边看。7.高频变压器线径计算：高频变压器线径的确定根据公式D=1.13（I/J）1/2可以计算出来，J是电流密度，不同的取值计算出的线径不同。由于高频电流在导体中会有趋肤效应，所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度。 穿透深度公式：d=66.1/（f）1/2如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度，就需要采用多股线或利兹线。例如：1A电流，频率100K.假设电流密度取4A/mm2D=1.13*（1/4）1/2=0.565mm Sc=0.25mm2d=66.1/（f）1/2=66.1/（100000）1/2=0.209mm2d=0.418mm采用0.4mm的线，单根0.4的截面积Sc=0.1256mm22根0.4的截面积Sc=0.1256*2=0.2512mm2可以看出采用2*0.4的方案可以满足计算的要求。6教=学