开关电源 高频 变压器计算设计
高频变压器的设计公式
高频变压器的设计公式电源高频变压器的设计方法简介设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反应式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。
设计目标：电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz，输出电压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。
设计步骤：1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会到达峰值，此值等于功率管的峰值电流。
由电感的电流和电压关系V=L*di/dt可知：输入电压：Vin(min)=Lp*Ipp/Tc 取1/Tc=f/Dmax，那么上式为：Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax其中： V in ：直流输入电压，VLp ：高频变压器初级电感值，mHIpp ：变压器初级峰值电流，ADmax：最大工作周期系数f ：电源工作频率，kHz在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：Pout=1/2*Lp*Ipp2*f将其与电感电压相除可得：Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f) 由此可得：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)其中：Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流涟涉及二极管压降)=232V，取最大工作周期系数Dmax=0.45。
那么：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A当功率管导通时，集极要能承受此电流。
2、求最小工作周期系数Dmin 在反应式电流不连续电源中，工作周期系数的大小由输入电压决定。
Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]其中：k=Vin(max)/Vin(min)Vin(max)=260V*1.4-0V(直流涟波)=364V，假设允许10%误差，Vin(max)=400V。
开关电源 高频变压器 计算
开关电源高频变压器计算开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备，广泛应用于各种电子设备中。
而高频变压器则是开关电源中的关键组件之一，用于实现电压的变换和隔离。
本文将从开关电源和高频变压器的工作原理、计算方法以及应用领域等方面进行介绍。
一、开关电源的工作原理开关电源通过不断开关的方式将输入的交流电转换为高频的脉冲电流，再经过整流、滤波等环节得到稳定的直流电。
其主要由输入端的滤波电容、整流桥、开关管、变压器、输出端的滤波电容和稳压电路等组成。
其中，开关管的开关频率决定了开关电源的工作频率，一般为几十kHz到几百kHz不等。
二、高频变压器的工作原理高频变压器是开关电源中的关键元件，主要用于实现输入端与输出端的电压变换和隔离。
其工作原理基于电磁感应定律，通过输入端的脉冲电流在变压器的磁场作用下产生电磁感应，从而实现电压的变换。
高频变压器通常由高导磁率的铁芯和绕组组成，绕组的匝数比决定了输入端与输出端的电压变换比。
三、高频变压器的计算方法在设计高频变压器时，需要根据具体的输入输出电压要求和功率需求进行计算。
一般来说，高频变压器的计算主要包括以下几个方面：1. 输入电压和输出电压：根据实际需求确定输入端和输出端的电压值。
2. 输入功率和输出功率：根据实际需求确定输入端和输出端的功率值。
3. 变压器的变比：根据输入端和输出端的电压值计算变压器的变比，即输入匝数与输出匝数的比值。
4. 变压器的铁芯截面积：根据输入功率和开关频率计算变压器的铁芯截面积，以满足工作时的磁通密度要求。
5. 绕组的匝数和线径：根据变压器的变比和输入、输出功率计算绕组的匝数和线径，以满足工作时的电流和功率要求。
四、开关电源和高频变压器的应用领域开关电源和高频变压器广泛应用于各种电子设备中，包括电脑、手机、通信设备、工控设备、医疗仪器等。
其优势在于体积小、效率高、稳定性好，能够满足现代电子设备对电源的高要求。
总结：开关电源和高频变压器作为现代电子设备中不可或缺的组件，通过将交流电转换为直流电并实现电压变换和隔离，为电子设备提供了稳定的电源供应。
开关电源高频变压器AP法计算方法
AP表示磁心有效截面积与窗口面积的乘积。
计算公式为AP=AwAe式中，AP的单位是cm4；Aw为磁心可绕导线的窗口面积(cm2) Ae为磁心有效截面积(cm2)，Ae≈Sj=CD，Sj为磁心几何尺寸的截面积，C 为舌宽，D为磁心厚度。
根据计算出的AP值，即可查表找出所需磁心型号。
下面介绍将AP法用于开关电源高频变压器设计时的公式推导及验证方法。
1 高频变压器电路的波形参数分析开关电源的电压及电流波形比较复杂，既有输入正弦波、半波或全波整流波，又有矩形波(PWM波形)、锯齿波(不连续电流模式的一次侧电流波形)、梯形波(连续电流模式的一次侧电流波形)等。
高频变压器电路中有3个波形参数：波形系数(Kf)，波形因数(kf)，波峰因数(kP)。
1)波形系数Kf为便于分析，在不考虑铜损的情况下给高频变压器的输入端施加交变的正弦电流，在一次、二次绕组中就会产生感应电动势e。
根据法拉第电磁感应定律，e=dΦ／dt=d( NABsinωt)／dt=NABoωcosωt其中N为绕组匝数，A为变压器磁心的截面积，B为交变电流产生的磁感应强度，角频率ω=2Πf。
正弦波的电压有效值为在开关电源中定义正弦波的波形系数Kf=√2*Π=4.44利用傅里叶级数不难求出方波的波形系数。
2)波形因数kf为便于对方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波等周期性非正弦波形进行分析，需要引入波形因数的概念。
在电子测量领域定义的波形因数与开关电源波形系数的定义有所不同，它表示有效值电压压(URMS)与平均值电压之比，为便于和Kf区分，这里用小写的kf表示，有公式以正弦波为例，这表明，Kf=4kf，二者相差4倍。
开关电源6种常见波形的参数见表1。
因方波和梯形波的平均值为零，故改用电压均绝值来代替。
对于矩形波，表示脉冲宽度，丁表示周期，占空比D=t／T。
2 用AP法( 面积乘积法)选择磁心的公式推导令一次绕组的有效值电压为U1，一次绕组的匝数为NP，所选磁心的交流磁通密度为BAC，磁通量为Φ，开关周期为T，开关频率为f,一次侧电流的波形系数为Kf，磁心有效截面积为Ae(单位是cm2)，有关系式考虑Kf=4kf关系式之后，可推导出同理，设二次绕组的有效值电压为US，二次绕组的匝数为NS，可得设绕组的电流密度为（单位是A/cm2)，导线的截面积为S=I／J。
开关电源高频变压器AP法计算方法
开关电源高频变压器AP法计算方法开关电源的高频变压器在设计和计算时，常采用AP法（Amplitude and Phase Method），即幅相法。
该方法可以使计算过程更简洁，且准确度较高。
以下是使用AP法计算开关电源高频变压器的方法及步骤。
1.确定设计要求：- 输入电压：Vin- 输出电压：Vout- 输出功率：Pout- 输入频率：Fin- 输出频率：Fout-漏感相对占空比：D-反馈变压器线匝比：Np/Ns2.计算输出电流：输出电流Iout = Pout / Vout3.计算输入电流：输入电流Iin = Pout / Vin4.计算变压器线圈匝数：输入线圈匝数Np = Ns * Vin / Vout5.设计漏感：选择适当的漏感系数k，一般为0.3到1之间。
漏感Lp = k * (Np)^2 / Fin6.计算变压器参考电流：变压器参考电流Ir = Iout * Vin / Vout7.计算变压器参考电压：变压器参考电压Ur = Vout * (1 - D) * (Ns / Np)8.计算变压器的磁链：变压器的磁链Br = Ur / (Fout * A)其中，A为变压器的有效截面积，可根据铁心截面积和线圈层数来计算。
9.根据设计选取合适的磁芯材料：根据计算得到的磁链值Br，选择合适的磁芯材料，常见的磁芯材料有硅钢片、氧化锌和磁性体等。
10.计算变压器的磁芯截面积：由所选磁芯材料的B-H曲线，可以得到磁芯的饱和磁感应强度Bs，通过Ur和Fout的大小关系判断是否选择合适的磁芯尺寸。
11.计算变压器的线圈电流密度：线圈电流密度Jc=Ir/Ap其中，Ap为变压器的有效截面积。
12.计算变压器的线圈匝数：输出线圈匝数Ns = Ap * Jc / (2 * Iout)13.计算输入电压的有效值：输入电压的有效值Vin_rms = Vin / sqrt(2)14.计算输入电流的有效值：输入电流的有效值Iin_rms = Iin / sqrt(2)15.计算变压器的有效值电流密度：有效值电流密度J_rms = Iin_rms / Ap16.计算输入线圈匝数：输入线圈匝数Np = Ap * J_rms / (2 * Iin_rms)17.验证设计结果：使用计算得到的变压器参数进行实际设计和模拟验证，根据设计要求进行调整。
高频开关电源变压器设计
开关电源功率变压器的设计方法1开关电源功率变压器的特性功率变压器是开关电源中非常重要的部件，它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。
不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片，而是在高频情况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料，其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗，使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。
图1（a）为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波，图1（b）为输出端得到的输出波形，可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以下几个方面：图1脉冲变压器输入、输出波形（a）输入波形（b）输出波形（1）上升沿和下降沿变得倾斜，即存在上升时间和下降时间；（2）上升过程的末了时刻，有上冲，甚至出现振荡现象；（3）下降过程的末了时刻，有下冲，也可能出现振荡波形；（4）平顶部分是逐渐降落的。
这些失真反映了实际脉冲变压器和理想变压器的差别，考虑到各种因素对波形的影响，可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。
图中：Rsi——信号源Ui的内阻Rp——一次绕组的电阻Rm——磁心损耗（对铁氧体磁心，可以忽略）T——理想变压器Rso——二次绕组的电阻RL——负载电阻C1、C2——一次和二次绕组的等效分布电容Lin、Lis——一次和二次绕组的漏感Lm1——一次绕组电感，也叫励磁电感n——理想变压器的匝数比，n=N1/N2图2脉冲变压器的等效电路将图2所示电路的二次回路折合到一次，做近似处理，合并某些参数，可得图3所示电路，漏感Li包括Lin和Lis，总分布电容C包括C1和C2；总电阻RS包括Rsi、RP和Rso；Lm1是励磁电感，和前述的Lm1相同；RL′是RL等效到一次侧的阻值，RL′=RL/n2,折合后的输出电压U′o=Uo/n。
经过这样处理后，等效电路中只有5个元件，但在脉冲作用的各段时间内，每个元件并不都是同时起主要作用，我们知道任何一个脉冲波形可以分解成基波与许多谐波的叠加。
高频变压器设计计算公式
设计实例:要求：输入AC 220V±10%效率：80%工作频率 40KHZ输出电压 62V 电流：2A辅助绕组电压：20V/0.1A最大占空比： 0.48一.计算最小直流电压和最大直流电压Emin=220*0.9*1.1=218VEmax=220*1.1*1.4=339V二.计算输入功率和视在功率Pin==Po/η=62*2/0.8=155WPt=Po/η+Po=155+124=279w三.计算AP 值选择磁芯Pin*10²2*F*Bm*J*Ku*Ki279*10²2*40*103*0.15*4*0.4*1== 1.45选择PQ32/30磁芯Ae=1.6Aw=0.994Ap=1.6*0.994=1.59结果大于计算的值，符合要求。
材质选用PC40型。
四.计算初级电流峰值和有效值设定电路工作在连续模式，根据输入电压的范围取Krp 为0.6 2Pin Emin*Dmax*（2-Krp) 2*155 218*0.48*（2-0.6)= 2.1AIrms =Ip* Dmax*(Krp²/3-Krp+1)=2.1* 0.48*（0.6²/3-0.6+1)=1.05A五.计算初级电感量连续模式 Emin*Dmax Ip1 =Ip2(1-Krp) F*(Ip2-Ip1) =2.1*(1-0.6)=0.84 218*0.48 40*103*(2.1-0.84) =2.076mH 断续模式 Emin²*Dmax² 2*Pin*F 218²*0.48² 2*155*40*103=883.0uHAP ==Aw*Ac== ==Ip = = Lp ==Lp==六.计算初级、次级、反馈绕组的圈数 Dmax Upmin 计算变压比：n=1-Dmax Up2 =0.482181-0.4862= 3.2454初级圈数 Emax*104 4*F*Bm*Ae339*1044*40*103*0.15*1.61=87.7TS 取整数88TS 次级圈数 Np Np*(1-Dmax)*Us1n Upmin* Dmax= Np 88n 3.2454=27TS反馈圈数Np*(1-Dmax)*Us1 Upmin* Dmax=8.7TS 取9TS 八.核算临界电感量（H ）T2Pin 2 0.000025 2*155=882.8uH计算出的结果和断续模式的电感一致。
开关电源用高频变压器设计
技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾一、正激式开关电源高频变压器：No 1 2 待求参数项 副边电压 Vs 最大占空比θonmax 详细公式 Vs = Vp*Ns/Np θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax 的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。
2、0.5 是考虑输出整流二极管压降的调整值，以下同。
3 临界输出电感 LsotonLso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θonmax /(2*f*Po)21、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Lso]}dt = Po 2、Ton=θon/f 4 实际工作占空比θon 如果输出电感 Ls≥Lso：θon=θonmax 否则： θon=√{2*f*Ls*Po /[(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)]}ton1、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls]}dt = Po 2、Ton=θon/f 5 6 导通时间 Ton 最小副边电流 IsmintonTon =θon /f Ismin = [Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θon /(2*f*Ls)]/[(Vs-0.5)*θon]21、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls+Ismin]}dt = Po 2、Ton=θon/f 7 8 9 副边电流增量 ΔIs 副边电流峰值 Ismax 副边有效电流 IstonΔIs = (Vs-0.5-Vo)* Ton/ Ls Ismax = Ismin+ΔIs Is = √[(Ismin + Ismin*ΔIs+ΔIs /3)*θon]2 2 21、Is=√[(1/T)*∫0 (Ismin+ΔIs*t/Ton) dt] 2、θon= Ton/T 10 11 12 副边电流直流分量 Isdc 副边电流交流分量 Isac 副边绕组需用线径 Ds 电流密度取 5A/mm 13 14 15 原边励磁电流 Ic 最小原边电流 Ipmin 原边电流增量 ΔIp2Isdc = (Ismin+ΔIs/2) *θon Isac = √(Is - Isdc ) Ds = 0.5*√Is2 2Ic = Vp*Ton / Lp Ipmin = Ismin*Ns/Np ΔIp = (ΔIs* Ns/Np+Ic)/η第1页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾16 17原边电流峰值 Ipmax 原边有效电流 IptonIpmax = Ipmin+ΔIp Ip = √[(Ipmin + Ipmin*ΔIp+ΔIp /3)*θon]2 2 21、Ip=√[(1/T)*∫0 (Ipmin+ΔIp*t/Ton) dt] 2、θon= Ton/T 18 19 20 原边电流直流分量 Ipdc 原边电流交流分量 Ipac 原边绕组需用线径 Dp 电流密度取 4.2A/mm 21 22 23 24 25 262Ipdc = (Ipmin+ΔIp/2) *θon Ipac = √(Ip - Ipdc ) Dp = 0.55*√Ip2 2最大励磁释放圈数 Np′ 磁感应强度增量 ΔB 剩磁 Br 最大磁感应强度 Bm 标称磁芯材质损耗 PFe (100KHz 100℃ KW/m3) 选用磁芯的损耗系数ω 1.08 为调节系数Np′=η*Np*(1-θon) /θon ΔB = Vp*θon / (Np*f*Sc) Br = 0.1T Bm = ΔB+Br 磁芯材质 PC30：PFe = 600 磁芯材质 PC40：PFe = 450 ω= 1.08* PFe / (0.2 *100 )2.4 1.227 28 29磁芯损耗 Pc 气隙导磁截面积 Sg 有效磁芯气隙δ′ 1、根据磁路欧姆定律：H*l = I*Np 又有：H = B/μPc = ω*Vc*(ΔB/2) *f2.41.2方形中心柱：Sg= [(a+δ′/2)*( b+δ′/2)/(a*b)]*Sc 2 2 圆形中心柱：Sg= {π*(d/2+δ′/2) /[π*(d/2) ]} *Sc δ′=μo*(Np *Sc/Lp-Sc/AL) 有空气隙时：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np2Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：ΔB*lc/μc +ΔB*δ/μo = Vp*Ton*Np /Lp式中：lc 为磁路长度，δ为空气隙长度，Np 为初级圈数，Lp 为初级电感量，ΔB 为工作磁感应强度增量； μo 为空气中的磁导率，其值为 4π×10 H/m； 2、ΔB=Vp*Ton/Np*Sc 3、μc 为磁芯的磁导率，μc=μe*μo 4、μe 为闭合磁路（无气隙）的有效磁导率，μe 的推导过程如下： 由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/μc=Bc/μe*μo Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(μe*μo)=Np*Vp*Ton/Lpo2 -7又根据：Bc=Vp*Ton/Np*Sc代入上式化简 得：μe = Lpo*lc/μo*Np *Sc第2页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导2刃禾5、Lpo 为对应 Np 下闭合磁芯的电感量，其值为：Lpo = AL*Np26、将式步骤 5 代入 4，4 代入 3，3、2 代入 1 得：Lp =Np *Sc/(Sc/AL +δ/μo) 如果δ′/lc≤0.005： δ=δ′ 2 如果δ′/lc＞0.03： δ=μo*Np *Sc/Lp 否则 δ=δ′*Sg/Sc ΔD = 132.2/√f Uceo = √2 *Vinmax+√2 *Vinmax*Np/ Np′ Ud = Vo+√2 *Vinmax*Ns/Np′ Ud′=√2 *Vinmax*Ns/Np30实际磁芯气隙 δ31 32 33 34穿透直径 ΔD 开关管反压 Uceo 输出整流管反压 Ud 副边续流二极管反压 Ud′第3页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾二、双端开关电源高频变压器：No 1 2 待求参数项 副边电压 Vs 最大占空比θonmax 如果为半桥：Vs = Vp*Ns/(2*Np) 否则： Vs = Vp*Ns/Np θonmax = Vo/(Vs-0.5) 详细公式1、θonmax 的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。
开关电源高频变压器计算方法资料
输入交流电压：85~264V AC输入频率：50 HZ输出直流电压：5.0 V输出直流电流：0.75 A输出功率： 3.75 W开关频率：60KHZ电源效率：80%输入最大功率：4.7W计算步骤如下：1. 确定开关管和输出整流二极管开关管13003耐压: Vce=700V输出整流二极管SB240：反向压降VD=40V正向导通压降VF=0.5V2. 计算变压器匝比N考虑开关器件电压应力的余量（Typ.=20%）开关ON ：0.8VD > Vin(max)/N+Vo 即：0.8*40>264*1.4/N+5开关OFF ：0.8 Vce >N*（Vo+VF ）+Vin(max) 即：0.8*700>N*5.5+264*1.4 由以上两式可得：14 < N < 34 N 取中心值243. 确定最低输入电压和最大占空比3.1 输入滤波电容：3.75W*2.5U/W=9.4UF3.2 最低输入电压(tc 取3ms)Vin(min)= Cin tc T Pin Vac )2*(*22min)2(--=6310*4.910*)3220(*7.4*22)120(----=86V3.3 最低输入电压，最大功率时，最大占空比DmaxDmax=min )(*)(*Vin VF Vo N VF Vo N +++=86)5.05(*24)5.05(*24+++=0.6 4. 计算初级临界电流均值和峰值4.1 BCM 模式下，最小输入电压时的平均输入电流 Iin-avg=min*31Vin Pin =867.4*31=0.018A 4.2 变压器初级临界电流峰值△ Ip1=Ipk1=max *2D avg Iin -=6.0018.0*2=0.06A5. 最大导通时间及初级电感量5.1 Tonmax=Ts*Dmax=fs1*Dmax=310*601*0.6=10us 5.2 Lp=1m ax m in*Ipk Ton Vin =06.010*10*866=14.33mH。
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要制造好高频变压器要注意两点:一就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,简略地说便就是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部就是不走电流的实习就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,实习便就是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。
二就是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的就是削减高频漏感与降低分布电容。
1、次级绕组:初级绕组绕完,要加绕(3~5层绝缘垫衬再绕制次级绕组。
这样可减小初级绕组与次级绕组之间分布电容的电容量,也增大了初级与次级之间的绝缘强度,契合绝缘耐压的需求。
减小变压器初级与次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。
若就是开关电源的次级有多路输出,而且输出之间就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。
若就是这个次级绕组只要相对较少几匝,则为了改善耦合状况,仍就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。
其她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,使初级绕组得到其她绕组的屏蔽,有助于减小变压器初级绕组与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她有些电磁打扰的耦合。
3、偏压绕组:偏压绕组绕在初级与次级之间,仍就是绕在最外层,与开关电源的调整就是依据次级电压仍就是初级电压进行有关。
若就是电压调整就是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级与次级之间,这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。
若就是电压调整就是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层,这可使偏压绕组与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,若就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:;Ф=B*S⑴;Ф-----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*μ⑵;μ-----磁导率(无单位也叫无量纲);H-----磁场强度(伏特每米);H=I*N/l⑶;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:Ф = B * S ⑴Ф ----- 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 * μ⑵μ ----- 磁导率(无单位也叫无量纲)H ----- 磁场强度(伏特每米)H = I*N / l ⑶I ----- 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 =⊿Ф / ⊿t * N ⑷EL = ⊿i / ⊿t * L ⑸⊿Ф ----- 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:⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L 变形可得:N = ⊿i * L/⊿Ф再由Ф = B * S 可得下式:N = ⊿i * L / ( B * S ) ⑹且由⑸式直接变形可得:⊿i = EL * ⊿t / L ⑺联合⑴⑵⑶⑷同时可以推出如下算式:L =(μ* S )/ l * N2 ⑻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 ⑼QL -------- 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与联合⑺⑻⑼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)) ⑽N1 -------- 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) ⑾N1 ----- 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 ⑿Vin(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⑽式变形可得:D = (N1/N2)*E2/(E1+(N1 /N2*E2)D=(N1/N2)*(Vo+Vd)/Vin(min)+N1/N2*(Vo+Vd) ⒀D=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,也就就是电流变化量等于电流的峰值,也就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⑼式可以有如下推导过程:(P/η)/ f = 1/2 * I2 * L ⒁P ------- 电源输出功率 (瓦特) η ---- 能量转换效率 f ---- PWM开关频率将⑺式代入⒁式: (P/η)/ f = 1/2 * (EL * ⊿t / L)2 * L ⒂⊿t = D / f (D ----- PWM占空比)将此算式代入⒂式变形可得:L = E2 * D2 *η/ ( 2 * f * P ) ⒃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⑺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. 计算初级线圈与次级线圈的匝数:磁芯选择为EE-42(截面积1、76mm2)磁通密度为防治饱与取值为2500高斯也即0、25特斯拉, 这样由⑹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⑻⑼式可以得到:Ipp2=N1/N2* Ipp ⒄Ipp2 = 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,能够最快的让您学会匝数的计算,建议能够边操作边瞧。
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就是电流密度,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/mm^2D=1、13*(1/4)^1/2=0、565mm Sc=0、25mm^2d=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、1256mm^22根0、4的截面积Sc=0、1256*2=0、2512mm^2可以瞧出采用2*0、4的方案可以满足计算的要求。