开关电源中变压器及电感设计2
分析高压大功率平面变压器和电感器的优化设计
分析高压大功率平面变压器和电感器的优化设计摘要：平面变压器是一种新兴的开关电源产品，其设计合理性能够直接影响到开关电源产品的大小、成本和性能，鉴于此，要想使其在一些大功率开关电源设备中发挥出最大的利用价值，关键任务就是要对当前结构设计较为复杂的大功率平面变压器和电感器进行全面的优化与完善。
本文也会通过相应的仿真模型，来对两者的优化设计进行着重分析，并提出合理的意见和建议，以便有关人士参考。
关键词：平面变压器；电感器；优化设计要点；研究分析前言目前，在高压大功率场合中，大功率平面变压器一般都会根据拓扑电路进行单独设计，而一般的设计方法仅仅是满足电路能正常工作，并不是性价比高的设计，鉴于此，要想改善现状，使大功率平面变压器在高压大功率开关领域中得到更好的应用与发展，当务之急就是要对平面变压器和电压器的结构设计进行全面的优化。
1.高压大功率平面变压器的热仿真及优化设计分析通常，判断平面变压器的设计是否合理，关键任务就是要看其温升是否合理，即变压器的工作温度是否为最佳工作温度。
鉴于此，在对高压大功率平面变压器进行优化设计时，就要采用AnsysWorkbench热仿真软件对平面变压器进行热仿真分析，在这一环节中，首先要根据变压器实物构建一个热仿真模型，如图一所示。
并在模型中输入相应的模型参数，如材料参数、环境参数等，同时还要利用有限元的方法对这些参数进行计算，这样才能在后处理结果中获得变压器的温度参数。
从最终仿真结果来看，平面变压器的绕组温升较低，而磁芯的温升较高，这证明变压器在运行过程中，会产生较大的磁芯损耗。
另外，为了准确计算出变压器的热阻值，还要在热仿真模型中分别将磁芯损耗和绕组损耗设置成唯一的热源，这样能根据模型求解出变压器的热阻值，即根据模型求解结果显示，当变压器在运行期间磁芯温度和绕组温度都高于标准值时，就会产生单磁芯损耗问题；另外，若变压器在工作状态下，仅绕组温度较高，而磁芯温度正常时，会产生单绕组损耗问题，鉴于上述情况，要想得以改善，就要结合热电相似原理，将最大温升带入到热模型中，来对模型中各部分热阻进行计算。
正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解
正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解高频变压器作为电源电子设备中的重要组成部分，起到了将输入电压进行变换的作用。
根据不同的使用环境和要求，电源电路中的电感元件可分为正激式、反激式和双端开关电源。
下面就分别对这三种电源的高频变压器设计进行详解。
1.正激式电源变压器设计正激式电源变压器是将输入电压通过矩形波进行激励的一种变压器。
其基本结构包括主磁线圈和副磁线圈两部分，主磁线圈用来耦合能量，副磁线圈用来提供输出电压。
正激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。
(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。
(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。
(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。
2.反激式电源变压器设计反激式电源变压器是通过反馈控制来实现变压的一种变压器。
其基本结构包括主磁线圈、副磁线圈和反馈元件等。
反激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。
(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。
(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。
(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。
(7)选择合适的反馈元件：根据反馈控制的需要来选择合适的反馈元件，并设计合适的反馈回路。
开关电源设计方案
开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。
本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。
以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。
该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。
2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。
整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。
3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。
电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。
4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。
这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。
调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。
5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。
3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。
输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。
3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。
根据实际需求选择最适合的拓扑结构。
3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。
3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。
开关电源中变压器及电感设计1
开关电源中变压器及电感设计1开关电源中变压器及电感设计1一、变压器设计1.根据电源输出需求确定变压器的额定功率和工作频率。
2.计算变压器的变比。
变压器的变比决定了输入电压和输出电压之间的关系。
通常变压器的变比为输入和输出电压之比的倒数，即输出电压/输入电压。
3.根据变比计算次级匝数。
变压器的次级匝数等于输入匝数乘以变比。
4.根据次级匝数计算主绕组匝数。
主绕组匝数等于次级匝数除以变比。
5.计算主绕组和次级绕组的截面积。
主绕组的截面积一般比次级绕组大，以满足输送更大电流。
6.计算铁芯截面积。
铁芯截面积的大小关系到变压器的能量传输效率，一般选择铁芯截面积略大于主绕组的截面积。
7.选择合适的铁芯材料和线材材料。
铁芯材料的导磁性能和线材材料的电阻等参数会影响变压器的损耗和效率。
8.进行变压器的相关参数计算和模拟。
可以使用相关软件进行变压器参数的计算和仿真，以评估变压器的性能。
9.制作变压器的绕组和组装。
根据计算结果进行绕线并组装变压器。
10.进行变压器的测试和调整。
使用仪器测试变压器的性能，并根据测试结果调整变压器的参数，以满足设计要求。
二、电感设计1.根据电源输出需求确定电感的额定电流和工作频率。
2.根据电感的额定电流和工作频率计算电感的感值。
电感的感值和额定电流和工作频率之间有一定的关系，可以根据公式进行计算。
3.根据感值计算电感的绕组数。
电感的绕组数决定了电感的电流走向和电感的大小。
4.选择合适的磁芯和线材材料。
合适的磁芯材料和线材材料会影响电感的损耗和效率。
5.进行电感的相关参数计算和模拟。
可以使用相关软件进行电感参数的计算和仿真，以评估电感的性能。
6.制作电感的绕组和组装。
根据计算结果进行绕线并组装电感。
7.进行电感的测试和调整。
使用仪器测试电感的性能，并根据测试结果调整电感的参数，以满足设计要求。
总结：变压器和电感的设计是开关电源设计中关键的一环，直接影响到电源的性能和稳定性。
在设计过程中，需根据电源输出需求确定额定功率和工作频率，并计算变压器和电感的相关参数。
反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算
反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算
1、电感量的定义
电感量是指电感器或电导器在通过一定电流和时间时所产生的能量，
电感量的单位是henry（H）。
电感量与时间，电流的方向和线圈的半径
有关，由电流在时间与空间上变化引起的电势及电动势能量，也就是电感量，它又分为自感量和互感量。
电感量计算即计算线圈的自感量和互感量。
（1）自感量L的计算
自感量线圈电感器中的自感量L，根据定义可得：L=A/μH，其中A
为线圈的截面积，μH为线圈的磁导率。
（2）互感量M的计算
互感量互感量M是指两个线圈在同一磁场中，当一个线圈通过电流时，另一个线圈中电流的变化情况，可以表示为M=Ph/I，其中Ph为两个线圈
间情况下，另一个线圈的电流变化量，I为传导线圈中自身的电流量。
二、反激式开关电源变压器初级线圈的电感量计算
1、反激式开关电源变压器的原理
反激式开关电源变压器主要由变压器主线圈、变压器辅线圈、转换晶
闸管及控制线路组成，介绍其工作原理：可以把变压器主线圈看作是一个
可变电感，其他组件中有一个晶闸管，可以实现节流、节能，当晶闸管关
断时，变压器主线圈中磁路断开，电感量突然变小，由此产生一个脉冲。
开关电源中变压器的设计
Fig.1.3 Skeleton top view and winding phase diagram
1.3
反激式电源的磁芯需要进行中柱磨气隙，否则磁芯会很容易饱和，如图1.4所示。在开气隙时采用边磨气隙边测初级电感的方法，当初级电感量达到0.58mH时就证明气隙磨好了。由于气隙会使空气介入，相当于串入一个大磁阻介质，故气隙越大，电感量越小，变压器能储存的能量越多。为了保证变压器的稳定工作，气隙不能开太大，因为能量主要是存储在气隙里，气隙过大会使漏感增加，对EMC和效率都有影响；气隙也不能开太小，气隙过小会导致变压器能够储存的能量变少，当气隙无法容纳正常工作电感所产生的能量时，磁芯就会饱和从而损坏变压器。
开关电源中变压器的设计
开关电源为电子设备提供稳定的功率输出，它的性能好坏直接决定了电子产品的质量，而这种电源性能又与变压器设计优劣密切相关。可以说变压器在开关电源中占据着关键作用，决定着电路的关键技术参数指标及工作状态，因此对于大多数电源而言，电源的设计归根结底就是变压器的设计。开关电源属于一种高频供电系统，频率高必然使变压器体积降低，传递的能量密度升高，温升变大；同时在高频环境下，变压器绕线中的寄生电容很容易与电路中的电感发生谐振，产生噪音，恶化电源的电磁兼容性能。但是在磁性元件没有重大的技术突破之前，这些问题始终会存在，因此我们只能通过其它的方式来对变压器进行优化，从而提高开关电源的整体性能。
④方案一和方案二中变压器的同级线圈少绕一层，这样会使分布电容变小，增强变压器的电磁兼容性能。
综上所述，三明治绕法的变压器漏感小、损耗低、温升少、效率高，但绕制较麻烦；普通绕法的变压器EMC性能更好，且绕制较简单。所以为了提高电源的稳定性与效率，则应该采用方案三。如果电源对电磁兼容性有严格要求，就应该采用方案一。
开关电源变压器参数设计步骤详解(精)
V Imin (V
固定输
入:100/115
已知
2~3
(2~3×P O
≥
90通用输入:85~265已知
2~3 (2~3×P O ≥
90固定输入:230±35已知
1
P O
≥
240
步骤5根据Vimin和V OR来确定最大占空比
Dmax
V OR
D m a x = ×100% V OR +V I m i n -V D S (O N
0.6
1
步骤7确定初级波形的参数
①
输入电流的平均值I A VG P O
I A VG=
ηV Imin
②
初级峰值电流I P I A VG
I P =
(1-0.5K RP ×Dmax
③
初级脉动电流I R ④
初级有效值流I RMS u(V
初级感应电压V OR (V
钳位二极管反向击穿电压V B (V
固定输入:100/115 60 90通用输入:85~265 135 200固定输入:230±35
①
设定MOSFET的导通电压V DS(ON ②
应在u=umin时确定Dmax值,Dmax随u升高而减小步骤6确定初级纹波电流I R与初级峰值电流I P的比值K RP ,K RP =I R /I P
u(V
K RP
最小值(连续模式最大值(不连续模式
固定输入:100/115 0.4 1通用输入:85~265 0.44 1固定输入:230±35
步骤2根据输出要求,选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB
步骤3根据u ,P O值确定输入滤波电容C IN、直流输入电压最小值V Imin
反激开关电源的工作原理变压器电感计算
反激开关电源的工作原理变压器电感计算反激开关电源是一种常见且广泛应用的电源设计，其工作原理涉及到变压器和电感的计算。
在了解反激开关电源的工作原理以及如何计算变压器和电感参数之前，首先我们需要了解反激开关电源的基本结构和工作原理。
反激开关电源由输入滤波电路、整流电路、能量存储元件、PWM控制电路和输出稳压电路等部分组成。
其中，能量存储元件通常采用电感元件，用于存储能量并实现电压转换。
PWM控制电路通过控制开关管的通断来调节输出电压，从而实现稳定的输出电压。
在反激开关电源的工作过程中，输入电压首先经过输入滤波电路进行滤波处理，然后经过整流电路转换为脉冲电压输入到能量存储元件中。
能量存储元件中的电感在输入信号变化时会存储和释放能量，从而实现电压转换。
PWM控制电路会根据输出电压的反馈信号来控制开关管的通断，调节输入到变压器的信号，从而实现稳定的输出电压。
在设计反激开关电源时，变压器和电感的参数计算是至关重要的。
变压器的参数包括匝数、芯型、匝比等，而电感的参数则包括电感值、电流波形等。
在计算变压器的参数时，需要根据输入输出电压、电流等参数来确定变压器的匝数和匝比，以及芯型的选择。
在计算电感参数时，则需要考虑电感值的大小以及电流波形对电感的影响。
需要注意的是，在进行变压器和电感的参数计算时，要考虑电路的效率、功率损耗以及工作频率等因素，以确保电源设计的稳定性和可靠性。
此外，还需要注意防止电磁干扰和电磁兼容性问题，以满足相关的电磁兼容标准要求。
综上所述，反激开关电源是一种常见的电源设计，在设计过程中需要充分理解其工作原理和计算变压器、电感等参数。
通过合理设计和计算，可以实现电源设计的稳定性和高效性，满足不同应用场景的需求。
1。