高频变压器设计
变压器的设计实例
摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.360docs.net/doc/7614323588.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率 f=38kHz； 变换器输入直流电压 Ui=310V； 变换器输出直流电压 Ub=14.7V； 输出电流 Io=25A； 工作脉冲占空度 D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应
高频变压器的分析与设计.
高频链中高频变压器的分析与设计 文章作者：四川成都西南交通大学龙海峰郭世明江苏南京国电南京自动化股份有限公司呙道静文章类型：设计应用文章加入时间：2004年9月6日14:54 文章出处：电源技术应用 摘要：高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体 积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。叙述了高频变压器的设计过程。 实验结果证明该设计满足要求。 关键词：高频链；高频变压器；逆变器 引言 MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最 大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来， 高频链技术引起人们越来越多的兴趣。 1 概述 图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪 音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。
图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。 2 高频变压器的设计 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。 表1 各种磁芯特性比较表
高频变压器计算步骤精编版
高频变压器计算 (CCM模式) 反激式DC/DC变换电路 电路基本参数: Vo1=15V Io1=0.4A Vo2=-10V Io2=0.4A Vs=15V(范围10V~20V) Po=10W 设定参数: 1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75% 2.反激式变换器的工作模式CCM 3.占空比确定(Dmax=0.4) 4.磁芯选型(EE型) 设计步骤 (1)选择磁芯大小 Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择EE19磁芯 (2)计算导通时间 Dmax=0.4,工作频率fs=50KHz ton=8us (3)选择工作时的磁通密度 根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T (4)计算原边匝数 Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16 (5)计算副边绕组 以输出电压为15V为例进行计算,设整流二极管及绕组的压降为1V 15+1=16V 原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16=0.625V/匝 副边绕组匝数Ns1=16/0.625=25.6,取整26 (6)计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数 新的每匝的反激电压为:16/26=0.615V ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us 占空比D=9.92/20=0.496 对于10V直流输出,考虑绕组及二极管压降1V后为11V Ns2=11/0.615=17.88,取整17 (7)初级电感,气隙的计算 在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A 导通时间内相应的平均值为Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 开关管导通前的电流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A 开关管关闭前的电流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A 初级电感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH 气隙长度Lg=(u0*Np^2*Ae)/Lp=0.19mm
高频变压器的设计
高频变压器的设计 高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。 高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。 注意： 1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。 2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。 单片开关电源高频变压器的设计要点 高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，单片开关电源中高频变压器性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性（EMC）。为此，一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。 高频变压器的直流损耗是由线圈的铜损耗造成的。为提高效率，应尽量选择较粗的导线，并取电流密度J=4～10A／mm2。 高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过，这会使导线的有效流通面积减小，并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。高频电流对导体的穿透能力与开关频率的平方根成反比，为减小交流铜阻抗，导线半径不得超过高频电流可达深度的2倍。可供选用的导线线径与开关频率的关系曲线如图1所示。举例说明，当f=100kHz时，导线直径理论上可取φ0.4mm。但为了减小趋肤效应，实际可用更细的导线多股并绕，而不用一根粗导线绕制。 在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感愈大，产生的尖峰电压幅度愈高，漏极钳位电路的损耗就愈大，这必然导致电源效率降低。对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器，其漏感量应为次级开路时初级电感量的1％～3％。要想达到1％以下的指标，在制造工艺上将难于实现。减小漏感时可采取以下措施：o减小初级绕组的匝数NP； o增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以增加骨架宽度b）；
开关电源-高频-变压器计算设计
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(3~5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：
单级PFC高频变压器设计及参数计算详解
单级PFC高频变压器设计及参数计算详解 由于LED照明电源要求：民用照明PF值必需大于0.7，商业照明必需大于0.9。对于10~70W的LED驱动电源，一般采用单级PFC来设计。即节省空间又节约成本。接下来我们来探讨一下单级PFC高频变压器设计。 以一个60W的实例来进行讲解： 输入条件： 电压范围：176~265Vac 50/60Hz PF>0.95 THD<25% 效率ef〉0.87 输出条件： 输出电压：48V 输出电流：1.28A 第一步：选择ic 和磁芯： Ic用士兰的SA7527，输出带准谐振，效率做到0.87应该没有问题。 按功率来选择磁芯，根据以下公式： Po=100*Fs*Ve Po：输出功率；100：常数；Fs：开关频率；Ve：磁芯体积。 在这里，Po=Vo*Io=48*1.28=61.44；工作频率选择：50000Hz；则： Ve=Po/（100*50000） =61.4/（100*50000）=12280 mmm PQ3230的Ve值为：11970.00mmm，这里由于是调频方式工作。完全可以满足需求。可以代入公式去看看实际 需要的工作频率为：51295Hz。 第二步：计算初级电感量。 最小直流输入电压：VDmin=176*1.414=249V。 最大直流输入电压：VDmax=265*1.414=375V。 最大输入功率：Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W（设计变压器时稍微取得比总效率高一点）。 最大占空比的选择: 宽电压一般选择小于0.5，窄电压一般选择在0.3左右。考虑到MOS管的耐压，一般不要 选择大于0.5 ，220V供电时选择0.3比较合适。在这里选择：Dmax=0.327。 最大输入电流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A 最大输入峰值电流：Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A MOS管最大峰值电流：Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A 初级电感量：Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)*10^3 =0.327*0.327*176/（2*0.39*50000）*1000 =482.55 uH 取500uH。 第三步：计算初级匝数NP： 查磁芯资料，PQ3230的AL值为：5140nH/N^2,在设计反激变压器时，要留一定的气息。选择0.6倍的AL值比较合适。在这里AL我们取：
反激变压器设计实例(二)
反激变压器设计实例（二） 目录 反激变压器设计实例（二） (1) 导论 (1) 一．自跟踪电压抑制 (2) 2. 反激变换器“缓冲”电路 (4) 3. 选择反击变换器功率元件 (5) 3.1 输入整流器和电容器 (5) 3.2 原边开关晶体管 (5) 3.3 副边整流二极管 (5) 3.4 输出电容 (6) 4. 电路搭接和输出结果 (6) 总结 (7) 导论 前面第一节已经将反激变换器的变压器具体参数计算出来，这里整个反激电路最核心的部件已经确定，我们可以利用saber建立电路拓扑，由saber得出最初的输出参数结果。首先进行开环控制，输出电容随便输出一个值（由于C1作为输出储能单元，其容值估算应考虑到输出的伏秒，也有人用1~2uF/W进行大概估算），这里选取1000uF作为输出电容。初始设计中的输出要求12V/3A，故负载选择4欧姆电阻，对于5V/10A的输出，通过调节负载和占空比可以达到。由实际测量可得，1mm线径的平均电感和电阻值分别为6uH/匝和2.6mΩ/匝，寄生电感通常为5%，由于副边匝数较少，可不考虑寄生电感，所以原边寄生电感为27uH，电阻为11.57mΩ，最终结果如图1所示。
图1.反激电路主拓扑 图2.开关管电压、输出电压、输出电流 首先由输出情况可以看出，变压器的设计还是满足要求的。查看图2中开关管电压曲线可以看出，其开关应力过高，不做处理会导致开关管导通瞬间由于高压而击穿。 在反激变换器中，有两个主要原因会引起高开关应力。这两个原因都与晶体管自带感性负载关断特性有关。最明显的影响是由于变压器漏感的存在，集电极电压在关断边沿会产生过电压。其次，不是很明显的影响是如果没有采用负载线整形技术，开关关断期间会出现很高的二次测击穿应力。 一．自跟踪电压抑制 当警惕管所在电路中带感性或变压器负载，在晶体管关断时，由于有能量存储在电感或变压器漏感的磁场中，在其集电极将会产生高压。 在反激变换器中，储存在变压器中的大部分能量在反激期间将会传递到副边。可是由于漏感的存在，在反激期间开始时，除非采用一定形式的电压抑制，集电极电压会有增加的趋势。 在图3中，变压器漏感、输出电容电感和副边电路的回路电感集中为L TL，并折算到变压器原边与原边主电感L p相串联。
反激式变压器的设计实例
反激式变压器的设计实例 尽管在buck变换器的设计中没有用到反激式变压器，但由于反激式变压器介于电感与变压器之间，为了帮助大家进一步搞清楚这个特殊的磁性元件，在此我们给出反激式变压器的设计，并作为设计范例。介绍的内容要比直流电感简单一些，但是很多方面是一致的。说明一下，这里设计的反激式变压器是有隔离的，而非隔离反激式电感的设计除了没有副边以外，其他的几乎相同。我们的设计要求为：直流输入电压为48V(为了简便起见，假设没有线电压波动)，功率输出为10W，开关频率是250kHz，允许功率损耗0.2W(根据总的损耗，可以知道变换器的效率要求)，因此变换器效率为98％(0.2W／10W=2％)。效率的大小与磁芯的尺寸有关，变压器体积越小，效率越低。 (隔离、断续模式的)反激式变压器原边设计时只需要用到四个参数：输出功率、开关频率、功耗、输入电压(设计非隔离反激式电感也只需这四个参数)。这里，我们还没有提到电感量，电感量由很多参数决定，在下面的内容中我们将会介绍它们之间的关系。 我们用UC3845芯片(8脚、中等价格)提供PWM信号，其最大占空比为45％，占空比的大小是根据变换器是工作在连续状态还是断续状态来确定的，稍后的章节中将介绍如何计算占空比，在这个例子中，我们选用断续模式。 我们再增加一项设计要求：就是变压器体积要尽量小，有一定的高度限制。我们将会看到，变压器的设计与电感的设计不完全相同，变压器通常可以选用多种不同的磁芯来实现相同的电气特性。在这个例子中，还要根据其他一些要求来选择磁芯，包括尺寸、成本等因素。 1 反激式变压器的主要方程 首先，我们做一些基本的准备工作。正如这一章一开始介绍的理论内容中所说的那样，当反激式变换器原边开关器件导通时，变压器原边绕组的作用相当于一个电感。电压加在原边电感上，开关导通期间，电流持续上升： 这里，DC是占空比，f是开关频率，T=1／f是开关周期，这个方程适用于电流断续模式反激式变压器，原边电流波形如图案5-17所示。
高频变压器设计的五个步骤
变压器的设计过程包括五个步骤: ①确定原副边匝数比； 为了提高高频变压器的利用率,减小开关管的电流,降低输出整流二极管的反向电压,减小损耗和降低成本,高频变压器的原副边变比应尽量大一些. 为了在任意输入电压时能够得到所要求的电压,变压器的变比应按最低输入电压选择.选择副边的最大占空比为 ,则可计算出副边电压最小值为: ,式中, 为输出电压最大值, 为输出整流二极管的通态压降, 为滤波电感上的直流压降.原副边的变比为: ②确定原边和副边的匝数； 首先选择磁芯.为了减小铁损,根据开关频率 ,参考磁芯材料手册,可确定最高工作磁密、磁芯的有效导磁截面积、窗口面积 .则变压器副边匝数为: .根据副边匝数和变比,可计算原边匝数为 ③确定绕组的导线线径； 在选用导线线径时,要考虑导线的集肤效应.所谓集肤效应,是指当导线中流过交流电流时,导线横截面上的电流分布不均匀,中间部分电流密度小,边缘部分电流密度大,使导线的有效导电面积减小,电阻增加.在工频条件下,集肤效应影响较小,而在高频时影响较大.导线有效导电面积的减小一般采用穿透深度来表示.所谓穿透深度,是指电流密度下降到导线表面电流密度的0.368(即: )时的径向深度. ,式中, , 为导线的磁导率,铜的相对磁导率为 ,即:铜的磁导率为真空中的磁导率 , 为导线的电导率,铜的电导率为 . 为了有效地利用导线,减小集肤效应的影响,一般要求导线的线径小于两倍的穿透深度,即 .如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时,可采用小线径的导线多股并绕或采用扁而宽的铜皮来绕制,铜皮的厚度要小于两倍的穿透深度 (4)确定绕组的导线股数 绕组的导线股数决定于绕组中流过的最大有效值电流和导线线径.在考虑集肤效应确定导线的线径后,我们来计算绕组中流过的最大有效值电流. 原边绕组的导线股数:变压器原边电流有效值最大值 ,那么原边绕组的导线股数 (式中,J 为导线的电流密度,一般取J=3~5 , 为每根导线的导电面积.). 副边绕组的导电股数:①全桥方式:变压器只有一个副边绕组,根据变压器原副边电流关系,副边的电流有效值最大值为: ;②半波方式:变压器有两个副边绕组,每个负载绕组分别提供半个周期的负载电流,因此其有效值为 ( 为输出电流最大值).因此副边绕组的导线股数为(5)核算窗口面积 在计算出变压器的原副边匝数、导线线径及股数后,必须核算磁芯的窗口面积是否能够绕得下或是否窗口过大.如果窗口面积太小,说明磁芯太小,要选择大一点的磁芯;如果窗口面积
高频变压器设计
高频变压器设计 单端反激式开关电源中，高频变压器的设计是设计的核心。高频变压器的磁芯一般用锰锌铁氧体，EE 型和EI 型，近年来，我国引进仿制了汤姆逊和TDK 公司技术开发出PC30,PC40高磁导率，高密度几个品种。 一、 计算公式 单端反激式开关电源是以电感储能方式工作，反激式公式推导： 首先要计算出整流后的输入电压的最大值和最小值，如交流输入电压AC V （160~242V ），窄限范围；AC V （85~265V ），宽限范围。 整流后直流电压DC V =1.4*AC V （224~338V ）窄限范围； DC V =1.4AC V （119~371V ） ，宽限范围。 整流后直流纹波电压和整流桥压降一般取20V ，和滤波电容有关。 （1）初级峰值电流p I 集电极电压上升率p in p c I V L t = (c t 电流从0上升到集电极电流峰值作用时间) 取 max 1c f t D = min max **p p in L I f V D = 公式中，min in V ： 是最低直流输入电压，V ； p L ：变压器初级电感量，H ； f ：开关频率，Hz ； 输出功率等于存储在每个周期内的能量乘以工作频率。 21***2 out p p P L I f = 经进一步简化，就可以得到变压器初级电流峰值为 min max 2**out p c in P I I V D == (2)初级电感量p L 因为电感量*V S H I = (max D S f = ；1V*1S 1mH=1A ) min max p L *in p V D I f = （3）关于最小占空比min D 和最大占空比max D 最小占空比和最大占空比的设计可根据输入电压变化范围和负载情况合理决定，在输 入电压比较高的情况下，如400VDC ，max D 可选0.25以下；在输入电压比较低的情况下，如110VDC , max D 可选0.45以下； max min in in V K V = ；max min max max (1)*D D D K D =-+ （4）磁芯的选择 磁芯输出功率和磁芯截面积的经验关系式为 (0.1~e A ≈
反激变压器设计实例(一)
反激变压器设计实例（一） 目录 1.导论 (1) 2.磁芯参数和气隙的影响 (1) 2.1 AC极化 (2) 2.2 AC条件中的气隙影响 (2) 2.3 DC条件中的气隙影响 (2) 3. 110W反激变压器设计例子 (3) 3.1 步骤1，选择磁芯尺寸 (3) 3.2 步骤2，选择导通时间 (5) 3.3 步骤3，变换器最小DC输入电压的计算 (5) 3.4 步骤4，选择工作便宜磁通密度 (5) 3.5 步骤5，计算最小原边匝数 (6) 3.6 步骤6，计算副边匝数 (6) 3.7 步骤7，计算附加匝数 (7) 3.8 步骤8，确定磁芯气隙尺寸 (7) 3.9 步骤9，磁芯气隙尺寸（实用方法） (8)
3.10 步骤10，计算气隙 (8) 3.11 步骤11，检验磁芯磁通密度和饱和裕度 (9) 4 反激变压器饱和及暂态影响 (10) 1.导论 由于反激变换器变压器综合了许多功能（储存能量、电隔离、限流电感），并且还常常支持相当大的直流电流成分，故比直接传递能量的正激推挽变压器的设计困难得多、以下变压器设计例子中没选择过程使用反复迭代方法，无论设计从哪里开始没开始时须有大量近似的计算。没有经验工程师的问题是要得到对控制因数的掌握。特别的，磁芯大小、原边电感的选择、气隙的作用、原边匝数的选择以及磁芯内交流和直流电流（磁通）成分的相互作用常常给反激变压器设计带来挑战。 为使设计者对控制因数有好的感觉，下面的设计由检查磁芯材料的特性和气隙的影响开始，然后检查交流和直流磁芯极化条件，最后给出100W变压器的完整设计。 2.磁芯参数和气隙的影响 图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的B/H（磁滞回归线）环。 注意到虽然B/H环的磁导率（斜率）随气隙的长度变化，但磁芯和气隙结合后的饱和磁通密度保持不变。进一步，在有气隙的情况下，磁场强度H越大，剩磁通密度B r越低。这些变化对反激变压器非常有用。
变压器的设计
目录 目录_________________________________________________________________________ 1摘要_____________________________________________________________________ 2 一、变压器的基本结构 ________________________________________________________ 3 二、变压器的工作原理________________________________________________________ 4 1.电压变换_______________________________________________________________ 4 2.电流变换_______________________________________________________________ 5 三、设计内容________________________________________________________________ 5 1、额定容量的确定 _______________________________________________________ 5 2、铁心尺寸的选定_______________________________________________________ 6 3、计算绕组线圈匝数______________________________________________________ 8 4、计算各绕组导线的直径并选择导线________________________________________ 9 5、计算绕组的总尺寸，核算铁芯窗口的面积_________________________________ 10四设计实例________________________________________________________________ 11 4.1 设计要求 ____________________________________________________________ 11 4.2计算变压器参数_______________________________________________________ 12五总结_____________________________________________________________________ 15参考文献____________________________________________________________________ 15附录
高频变压器设计原理
摘要：阐述了高频开关电源热设计的一般原则，着重分析了开关电源散热器的热结构设计。 关键词：高频开关电源；热设计；散热器 1 引言 电子产品对工作温度一般均有严格的要求。电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。当温度超过一定值时，失效率呈指数规律增加。有统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求，这就是电子设备的热设计。而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备，温度更是影响其可靠性的最重要的因素，为此对整体的热设计有严格要求。完整的热设计包括两方面：如何控制热源的发热量；如何将热源产生的热量散出去。最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。 2 发热控制设计 开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管（如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等），大功率二极管（如超快恢复二极管、肖特基二极管等），高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。 2.1 减少功率开关的发热量 开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减少它的发热量，不仅可以提高开关管自身的可靠性，而且也可以降低整机温度，提高整机效率和平均无故障时间（MTBF）。开关管在正常工作时，呈开通、关断两种状态，所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。MOSFET的通态电阻较IGBT的大，但它的工作频率高，因此仍是开关电源设计的首选器件。现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ，从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。美国APT公司也有类似的产品。开通和关断两种临界状态的损耗也可通过选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。但更为重要的则是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减少损耗，这种方法在开关频率越高时越能体现出优势来。如各种软开关技术，能让开关管在零电压、零电流状态下开通或关断，从而大大减少了这两种状态产生的损耗。而一些生产厂家从成本上考虑仍采用硬开关技术，则可以通过各种类型的缓冲技术来减少开关管的损耗，提高其可靠性。 2.2 减少功率二极管的发热量 高频开关电源中，功率二极管的应用有多处，所选用的种类也不同。对于将输入50Hz交流电整流成直流电的功率二极管以及缓冲电路中的快恢复二极管，一般情况下均不会有更优的控制技术来减少损耗，只能通过选择高品质的器件，如采用导通压降更低的肖特基二极管或关断速度更快且软恢复的超快恢复二极管，来减少损耗，降低发热量。高频变压器二次侧的整流电路还可以采用同步整流方式，进一步减少整流压降损耗和发热量，但它们均会增加成本。所以生产厂家如何掌握性能与成本之间的平衡，达到性价比最高是个很值得研究的问题。 2.3 减少高频变压器与滤波电感等磁性元件的发热
高频变压器匝数计算
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 * S ⑴ Ф ----- 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 * 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 / l ⑶ 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： E L =⊿Ф / ⊿t * N ⑷ E L = ⊿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 = E L* ⊿t / L ⑺ 联合⑴⑵⑶⑷同时可以推出如下算式: L =(μ* S )/ l * N2⑻ 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： Q L = 1/2 * I2 * L ⑼ Q L -------- 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)) ⑽ 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)
85W反激变压器设计实例
85W反激变压器设计的详细步骤 1. 确定电源规格. 1).输入电压范围Vin=90—265Vac; 2).输出电压/负载电流:Vout1=42V/2A, Pout=84W 3).转换的效率?=0.80 Pin=84/0.8=105W 2. 工作频率，匝比, 最低输入电压和最大占空比确定. Ｖmos*0.8>Vinmax+n(Vo+Vf) 600*0.8>373+n(42+1) 得n<2.5 Vd*0.8>Vinmax/n+Vo 400*0.8>373/n+42 得n>1.34 所以n取1.6 最低输入电压 Vinmin=√[(Vacmin√2)* (Vacmin√2)-2Pin(T/2-tc)/Cin =(90√2*90√2-2*105*(20/2-3)/0.00015=80V 取:工作频率fosc=60KHz, 最大占空比Dmax=n(Vo+Vf)/[n(Vo+Vf)+Vinmin]= 1.6(42+1)/[1.6(42+1)+80]=0.45 Ton(max)=1/f*Dmax=0.45/60000=7.5us
3. 变压器初级峰值电流的计算. Iin-avg=1/3Pin/Vinmin=1/3*105/80=0.4A ΔIp1=2Iin-avg/D=2*0.4/0.45=1.78A Ipk1=Pout/?/Vinmin*D+ΔIp1=84/0.8/80/0.45=2.79A 4. 变压器初级电感量的计算. 由式子Vdc=Lp*dip/dt,得: Lp= Vinmin*T on(max)/ΔIp1 =80*0.0000075/1.78 =337uH 取Lp=337 uH 5.变压器铁芯的选择. 根据式子Aw*Ae=Pt*1000000/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?],其中: Pt(标称输出功率)= Pout=84W Ko(窗口的铜填充系数)=0.4 Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体), 变压器磁通密度Bm=1500 Gs j(电流密度): j=4A/mm2; Aw*Ae=84*1000000/[2*0.4*1*60*103*1500Gs*4*0.80] =0.7cm4 考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表: ER40/45铁氧体磁芯的有效截面积Ae=1.51cm2
课程设计变压器设计
课程设计任务书 班级（专业） 10生产过程自动化2班设计人乔月朋 一、课程设计题目：小型单相变压器设计 二、设计要求 通过该设计，初步掌握小型变压器容量、铁心、绕组等设计步骤和方法，熟悉有关规程和设计手册的使用方法。 三、设计的主要内容 1、额定容量的确定 2、铁心尺寸的确定 3、绕组匝数与导线直径 4、绕组排列及铁心尺寸的最后确定 5、讨论说明 6、整理成册 四、原始资料 变压器容量V·A 磁通密度 ×10T 效率η（%）电流密度 铁心计算中的 值 小于10 6000～7000 60～70 3～2.5 2 10～50 7000～8000 70～80 2.5～2 2～1.5 50～100 8000～9000 80～85 2.5～2 1.5～1.3 100～500 9000～11000 85～90 2.5～1.5 1.3～1.25 500～1000 11000～12000 90～92 1.5～1.2 1.25～1.1 五、设计步骤 1、分组布置任务，熟悉原始资料 2、搜集资料，学习理解 3、根据要求进行计算 4、根据要求写出报告，打印成册
5、检查情况、答辩、给出成绩 六、课程设计论文包括的内容 1、设计任务书 2、原理 3、结构 4、额定容量的确定 5、铁心尺寸的确定 6、绕组匝数与导线直径 7、绕组排列及铁心尺寸的最后确定 8、谢辞 9、参考文献 10、后记 要求课程设计自 2011 年 12 月 26 日至 2011 年 12 月 30 日 止自动化专业教研室主任年月日 机电系、系主任签章年月日
指导教师评语： 指导教师： 年月日
目录 1、课程设计任务书 2、教师评语 3、小型单相变压器的设计 (5) 3.1变压器工作原理 (5) 3.2变压器基本结构 (6) 4、变压器基本设计内容 (7) 4.1额定容量的确定 (7) 4.2铁心尺寸的设定 (8) 4.3绕组匝数与导线直径 (9) 4.4绕组排列及铁心尺寸的最后确定 (11) 5、实例举例 (12) 结论 (15) 心得体会 (15) 谢辞 (15) 主要参考文献 (16) 英文资料 (16)
变压器典型的计算实例
变压器典型的计算实例 1. 变压器在制造时，一次侧线圈匝数较原设计时少，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁电抗、铁损、变比等有何影响？ 答：根据1114.44m U E fN φ≈=可知, 11 4.44m U fN φ=,因此,一次绕组匝数减少,主磁通m φ将 增加，磁密m m B S φ= ，因S 不变，m B 将随m φ的增加而增加，铁心饱和程度增加，磁导率μ下降。因为磁阻m l R S μ= ，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律01m m I N R φ=，当线圈匝数 减少时，励磁电流增大。 又由于铁心损耗2 1.3Fe m p B f ∝，所以铁心损耗增加。 励磁阻抗减小，原因如下： 电感2 110 1 0m m m N N i N L i i R R ψ?= = =, 激磁电抗2 1 2m m m N x L f R ωπ==,因为磁阻m R 增 大，匝数1N 减少，所以励磁电抗减小。 设减少匝数前后匝数分别为1N 、'1N ，磁通分别为m φ、'm φ，磁密分别为m B 、' m B ， 电流分别为0I 、'0I ，磁阻分别为m R 、'm R ，铁心损耗分别为F e p ，' F e p 。根据以上讨论再设，'11(1)m m k k φφ=>，同理，'11(1)m m B k B k =>， '22(1)m m R k R k =>，'1313(1)N k N k =<， 于是'' ' 121200' 1 31 3m m m m R k k R k k I I N k N k φφ= = = 。又由于2 1.3 Fe m p B f ∝， 且2 0(F e m m p I r r =是 励磁电阻，不是磁阻m R ），所以 ' '2'2' 02 2 0Fe m m Fe m m p B I r p B I r = = ，即22' 2 1212 3m m k k r k k r = ，于是， 2' 22 31m m k r k r =， 因21k >，31k <，故' m m r r <，显然， 励磁电阻减小。励磁阻抗 m m m z r jx =+，它将随 着m r 和m x 的减小而减小。 2. 有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN ，d 接线，11/220/10.5kV N N U U =，求①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。 解：①. 一、二次侧额定电压 12220kV ,10.5kV N N U U == 一次侧额定电流（线电流）1328.04A N I === 二次侧额定电流（线电流）26873.22A N I = == ② ② 由于YN ，d 接线 一次绕组的额定电压 1N U Φ = 127.02kV == 一次绕组的额定电流11328.04A N N I I Φ== 二次绕组的额定电压2210.5kV N N U U Φ== 二次绕组的额定电流2N I Φ = 3968.26A I ==
集成电路高频变压器的设计与制作性能参数
集成电路高频变压器的设计与制作性能参数 脉冲变压器也可称作开关变压器，或简单地称作高频变压器。在传统的高频变压器设计中，由于磁芯材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化、高频化和大功率化已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积、提高电源输出功率比的关键因素。 随着应用技术领域的不断扩展，开关电源的应用愈来愈广泛，但制作开关电源的主要技术和耗费主要精力就是制作开关变压器的部件。 开关变压器与普通变压器的区别大致有以下几点： (1)电源电压不是正弦波，而是交流方波，初级绕组中电流都是非正弦波。 (2)变压器的工作频率比较高，通常都在几十赫兹，甚至高达几十万赫兹。在确定铁芯材料及损耗时必须考虑能满足高频工作的需要及铁芯中有高次谐波的影响。 (3)绕组线路比较复杂，多半都有中心抽头。这不仅增大了初级绕组的尺寸，增大了变压器的体积和重量，而且使绕组在铁芯窗口中的分布关系发生变化。
图1 开关电源原理图 本文介绍了一款如图1所示的DC—DC变换器，输入电压为直流24V，输出电压分别为5V及12V的多路直流输出。要求各路输出电流都在lA以上，核心器件是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842，最高工作频率可达200kHz。根据锌锰铁氧体合金的优异电磁性能，通过具体示例介绍工作频率为100kHz的高频开关电源变压器的设计及注意事项。 2变压器磁芯的选择与工作点的确定 2．1 磁芯材料的选择 从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁芯的材料只有从坡莫合金、铁氧体材料、钴基非晶态合金和超微晶合金几种材料中来考虑。坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强度B s也不是很高，且加工工艺复杂。考虑到我们所要求的电源输出功率并不高，大约为30W，因此，综合几