开关电源高频变压器的设计(1)
开关电源作业与解答(复习备考用)
1. 已知buck 变换器输入电压Vs 为46-53V ，输出电压5V ，输出电流1-5A ，fs=80k ，纹波电流小于2A ，纹波电压小于50mV ，计算输出电感电容，开关管和二极管参数。
2. 请分析buck 电路Vo 和Vin 的关系，该电路工作原理，以及L1和D1起到的作用3. 连续模式boost 变换器，输入电压Vs=9-12V ，输出电压Vo=24V,输出电流Io=0.5-5A,开关频率fs=50k ，纹波电流小于1A ，纹波电压小于100mV ，求电感值，电容值和二极管参数。
求解占空比范围max minmin max 24112124191o s o s V V D V V D ==-==-min max 0.50.625D D == 2min min (1)602o s c olV T L L D D H I μ>=-= 取 1.26072L H μ=⨯=6130.6252010562510010s o o DT C I F V μ--⨯⨯==⨯=∆⨯ max 111366212100107.1590.625201010.62527510o o s s o s ss V V ESR V D T I V D T I L D Lm ---∆∆<=++-⨯==Ω⨯⨯⨯+-⨯⨯(max) 6.46C I A ==二极管参数1(max)1(max)1661()2425120.625201014.310.625272105D o s D s s D avg V V VV I I D T L A I A --===+=+⨯⨯⨯=-⨯⨯=4. Buck-boost 工作于连续模式，输入电压Vs=16-32V,开关频率fs=100k ，输出电压为48V ，电流为0.5-1.5A ，纹波电流小于0.8A ，纹波电压小于100mV ，求L ，C 参数。
min max min min 481320.6o s V D V D D ==-=其中 10s T s μ=622min 481010(1)(10.6)76.8220.5o s c oc V T L D H I μ-⨯⨯=-=-=⨯ 取 1.292c L L H μ==选L>76.8uH 即可使变换器工作于连续模式max max o s o s o oV D T I D T C R V V ==∆∆ 因为 max max max max 481160.75o s V D V D D ==-=所以 630.50.75101037.510010C H μ--⨯⨯⨯==⨯ max max max max 1336621001046.5100.750.5(10.75)48101010.7529210o o s sD s V V ESR V D T I I L m ----∆∆≤=∆+⨯==⨯Ω⨯-⨯⨯+-⨯⨯ 电容有效纹波电流2max max max ()max 626(1)()1120.750.75(10.75)48/0.510100.5()110.75129210o s C rms V D D D RT I R D L A ---=+--⨯⨯=+=-⨯5. Flyback 变换器工作于CCM 模式，画出其主拓扑、主要工作波形，并推导其输入输出电压关系表达式、开关管电压电流应力和输出二极管电压电流应力表达式。
变压器设计及磁芯相关资料
磁性器件中磁芯的选用及设计开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。
(一)、高频功率变压器变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。
变压器的设计公式如下：P=K*f*N*B*S*I×10-6T=hc*Pc+hW*PW其中，P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积;B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确定的系数。
由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。
但B值的增加受到材料的Bs值的限制。
而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。
而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。
一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。
它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大;同时要求高的脉冲磁导率。
特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。
线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。
这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。
对于工作在±Bm 之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
开关电源设计设计
开关电源设计设计开关电源设计摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。
电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。
开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。
信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统设计。
关键词开关电源；半桥全桥；高频变压器- II -目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 研究的目的及意义 (2)1.2.1 课题研究的目的 (2)1.2.2课题研究的意义 (2)第2章开关电源输入电路设计 (3)2.1 电压倍压整流技术 (3)2.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (3)2.1.2 倍压整流技术 (3)2.2 输入保护器件保护 (4)2.2.1 浪涌电流的抑制 (4)2.2.2 热敏电阻技术分析 (5)2.3 本章小结 (6)第3章开关电源主电路设计 (7)3.1 单端反激式变换器电路的工作原理 (7)3.2 开关晶体管的设计 (8)3.3 变压器绕组的设计 (10)3.4 输入整流器的选择 (11)3.5 输出滤波电容器的选择 (12)3.6 本章小结 (12)第4章开关电源控制电路设计 (13)4.1 芯片简介 (13)4.1.1 芯片原理 (13)4.1.2 UC3842内部工作原理简介 (13)4.2 工作描述 (14)4.3 UC3842常用的电压反馈电路 (18)4.4 本章小结 (20)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)- II -第1章绪论1.1课题背景随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。
大功率高频开关电源变压器设计与损耗分析
５ 结 束 语
通 过 对 高频 变压 器 损 耗 的分 析 计 算 ，在 设 计 中 要 充 分 考 虑 这 些 因素 ，尽 可 能解 决 高 频 开 关 电源 在 应 用 中磁 性 元 件 的 损 耗
Ｐ ： Ｒ： ＼ｏ ３ Ｗ ２× Ｉ ×０ ３ ｝ １５ ０
交 流 电 阻损 耗 ：
Ｋｆｅ＇ ￣ Ｇ Ｉ Ｋ ｃ ￣一 ， （
）
（） １
时 △Ｂ＝１ Ｔ
可 得 磁 滞损 耗 的模 型 为 ：
，
（） ２ 副边 匝数 的计 算
－（ Ｋ １
）； ）（Ｆ Ｋｃ （ ３／ ｘ
（ ２ ）
Ｉ２ ｌ 、一 ：
：
－－ ｘ７ 一 一 ２－ ｏ ４ ０ 。 ｘ１ ５Ｋ１ 一 １
＝０ ５． ９
已知一次侧线圈电随：＝＝． １５ Ｒ ＩＯ ０６ ０
直 流 电 阻一 次 侧 线 圈 损耗 ：
Ｐ ＝ｘｃｌ ｚ １￣Ｗ ｃ ｆ ｄ＂ ＿ ｌ掣 ｘ０６ ２ Ｒ－ ００５
已 知二 次 侧 线 圈 电 阻 ： ｄ＝ ．０ ５ Ｒ ｃ ００ ３ ２ 直 流 电 阻二 次 侧 线 圈 损耗 ：
选 用铁 基超 微 晶 环形 铁 芯 ： Ｌ １ ０ ０ ０ ＯＮ 一 ３ ８ ４ ，该 磁 芯 的 饱 和 磁 感 应 强 度 Ｂ＝ ．５ ，剩 余 磁 感 应 强 度 Ｂ＜ ． ｒ１ Ｔ ２ ０２ Ｔ，居 里 温 度 ５ Ｏ ， 始 磁 导 率 Ｉ＞ ０ ０ 最 大 磁 导 率 ＜ ０ ０ ， 耗 Ｐ １℃ 初 ， ３ ０ ０， Ｌ ｉ ５０ ０ 损 （ ． 、０ Ｈ ） ３ Ｗ／ ｇ。 形 尺 寸 ： 径 １ Ｏ ０５ ２ ｋ ｚ ＜ ０ ｋ 外 Ｔ 外 ３ ｍｍ ， 内径 ８ ｍｍ ， Ｏ
高频开关电源毕业设计论文
摘要通信电源是电信网的能源，其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通，本设计分析了国内外高频开关电源的发展和现状，研究了高频开关电源的基本原理以及高频开关电源在电力直流操作电源系统中的应用，设计出一种实用于电力系统的高频开关电源，以替代传统的相控电源。
该系统以MOSFET作为功率开关器件，构成带隔离变压器的推挽式直流斩波开关变换器，采用脉宽调制PWM技术，从输出实时采样电压反馈信号，以控制输出电压的变化，控制电路和主电路之间通过变压器或光电耦合器进行隔离，并设计了软启动和过流保护电路。
关键词高频开关电源推挽式变换器MOSFETAbstractThe correspondence power switch is the telecommunication network energy, its power supply quality quality relates directly to the entire telecommunication network unimpededness, The Paper analyze the Present situation and development of h1gh_frequency Switching power supply(HF SPS) domestically and overseas，study and research the basal principle of HF SPS and its application in electric power system，then design HF SPS applied in e1eetric power system in order to replace the old supply controlled by phase angle. The feedback voltage achieved from output is used to control the change of the output.The primary circuit and the control circuit are insulated by transformer or photo coupler. The Soft_Start and the Over Current Self_protection are also designed.Keywords HF Switch power Supply Push-pull Converter MOSFET目录摘要 (I)Abstract................................................................................................................. I I第1章绪论 (1)1.1 本设计研究的意义 (1)1.2国内外的研究现状 (2)1.3通信高频开关电源的发展 (4)1.4 设计内容 (8)第2章主电路的设计 (9)2.1 高频开关电源的基本原理 (9)2.2 滤波电路的设计 (11)2.3 整流电路的设计 (14)2.4 变换电路的设计 (15)2.4.1 变换器中的开关元件 (20)2.4.2 功率开关管的选择 (25)2.4.3 变压器的设计 (27)第3章控制电路设计 (34)3.1 控制芯片 (34)3.2 触发脉冲生成电路 (38)第4章驱动电路的设计 (42)第5章保护电路的设计 (47)5.1 谐振软开关电路 (47)5.2 MOSFET管保护电路 (50)5.2.1 门极过电压保护 (50)5.2.2 漏源过电压保护 (51)5.2.3 负载过压保护 (52)第6章辅助电源 (54)经济与社会效益分析 (56)结论 (57)致谢 (58)参考文献 (59)附录1 (61)CONTENTS Abstract (I)Chapter 1Introduction (1)1.1 The significance of this research (1)1.2The current research at home and abroad (2)1.3The development of the communication frequency switching powersupply (4)1.4 Design content (8)Chapter 2The design of the main circuit (9)2.1 The basic principles of high-frequency switching power supply (9)2.2 The design of the filter circuit (11)2.3 The design of the rectifier circuit (14)2.4 Input devices to protect (15)2.4.1 Surge current suppression (20)2.4.2 Thermistor technical analysis (25)2.4.3 The design of the transformer (27)Chapter 3 The control circuit design (34)3.1 Control chip (34)3.2 Trigger pulse generating circuit (38)Chapter 4 The design of the drive circuit (42)Chapter 5 The design of the protection circuit (47)5.1 Resonant soft-switching circuit (47)5.2 MOSFET protection circuit (50)5.2.1 Gate over-voltage protection (50)5.2.2 Drain-source voltage protection (51)5.2.3 Load over-voltage protection (52)Chapter 6Auxiliary power supply (54)The economic and social bencfit and analysis (56)Conclusion (57)Acknowledgements (58)Reference (59)Appendix 1 (61)第1章绪论通信用高频开关电源，英文译为Communication with the high-frequency switching power supply）是指用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。
高频变压器设计规格书范本
高频变压器设计图
丝印型号符合标准CE/UL
设计者设计日期
审核人审核日期
版本记录
V1：
V2：
V3：
500V级逆变器通用开关电源性，9路电源输出，5V、24V、15V、隔离5V、隔离24V，4路IGBT驱动25V。
1. 外观及外形尺寸 单位：mm
引脚加工：PIN3,10,11,14,16,20,21,24,25,28,29,32剪去 丝印型号： 2. 电气图
绝缘套管同名端
9号引脚套管视情况加工情况确定
3. 磁芯及绕制工艺示意图
磁芯型号：EE33 磁芯材质：DMR40
气隙方式：芯柱打磨气隙，边柱不留气隙
>=2mm
>=3mm =3mm 尽量大端空胶带宽度要求TOP
PIN
EE33 DMR40
4. 线圈绕制要求
5.电气性能
●原边电感量：L15-17=4.0mH ±10%
●原边漏感量：Lk15-17≤150uH (其他引脚短接)
●绝缘耐压：
1)AC 3000V,50Hz,0.2mA ,1MIN N1 E1 N7 N8 N9 N10 N11彼此间及对其他绕组
2)AC 1500V,50Hz,1mA ,1MIN N2 N3 N4与N5 N6间
3)AC 3000V,50Hz,1mA,1MIN 线圈与磁芯间
●绝缘等级：F
●变频器外加屏蔽层，并用胶带缠绕
6.供应商要求
样品需求数量：
样品需求日期：
样品规格书：
样品测试报告：
收货人：联系方式：
收货地址：。
高频变压器设计表格
11
CIN
150.0
UF 输入滤波电容
12
UImin
80
13
UImax
373.296
14
UOR
69
15
UDS(ON)
1
16
UF1
0.6
17
UF2
0.7
18
KRP
0.66
V 直流输入电压最小值
V 直流输入电压最大值
V
初级绕组的感应电压，Vor=VMos-VinDCMax-Vspike,Vspike一般取值 100~150V,这是一个余量
日期: 单位
变压器初级绕组设计参数
% 最大占空比(umin 时)
参数说明
A 输入电流的平均值
A 初级绕组峰值电流 A 初级绕组脉动电流 IR＝IP·KRP A 初级绕组有效值电流
24
LP
175.9
uh 初级绕组电感量
25
n
3.194
0.000
26
AP 0.9802199
TYPE
27 磁芯 PQ32/20 PC44 .
28
SJ
170
29
AWC
80.8
30
AP
1.3736
31
l
55.5
0.000
0.000
初次级匝数比
高频变压器 的结构参数
cm4
mm2 mm2 mm4 mm
所需AP值，AP=(LP•IP2•104/Bw•K0•Kj)1.14
铁氧体磁芯型号 磁芯有效横截面积 磁芯窗口面积 磁芯AP值 有效磁路长度
型号: 序号
功率越大，峰 值电流越大， 电感值越小
高频开关电源变压器的优化设计
中图分类号
Ｏｐ ｉ ｕ ｓｇ ｆＴ ａ ｓｏ ｍ ｅ ｇ ｅ ｕ ｎ ｙ ｔｍ ｍ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒｉ Ｈｉ ｈ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｎ Ｓ ｔ ｈ Ｍ ｏ ｅＰｏ ｒ ｗｉｃ ｄ ｗｅ
维普资讯
第３卷 １
第４ 期
电 子 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ ＵＥＳＴ ｏ Ｃｈ ｎ ｏ ｒ ａ ｆ ｆ ｉａ
Ｖ Ｏｌ３１ ＮＯ． ＿ ４
２０ ０ ２年 ８月
Ａｕ ． ０ ２ ｇ ２０
高频 开关 电源变压器 的优 化设计宰
Hale Waihona Puke 第 ４期 王京梅 等 ： 高频开关 电源变压器 的优化设计
ｉｎ’ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｕ ｌ ， ｅ ｕ ｔｍａ ｅ ｇ ａ ａ ｎ ｔｒ ａ ｈ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｗｅ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｉ ｄ ｃ ｒ ｆ ｌｙ ｔ ｌ ｎ ｈ ｉ ｔ ｏ ｌｃ ｎ ｏ ｅ ｃ ．Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｈ ｇ ｅ ｕ ｎ ｙ ｔａ ｓｏ ｅ ， ｄ ｐ ｏ ｏ ｅ ｐ ｍｕ ｄ ｓｇ ｒ ｃ ｄ ｒ ｉ ｃ ｅ ｎ ｈ ｏ ｙ ｏ ｈ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｆ ｒ ｒ ａ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｏ ｔ ｉ ｒ ｒ ｍ ｎ ｉ ｍ ｅ ｉ ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ ｗｈ ｈ ｕｓ ｄ ｉ ｎ ｔ ｓｃ ｓ ． ｉ ｔ ｅ ｐ ｉ ｈ ａ ｅ Ｗ ｔ ｉｓ ｈ ｌ ，ｗｅ ｃ ｅ ｒ ａ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ａ ｄ ｅ ｈ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｆｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｈ ａ ｄ ｃｅ ｓ ｏ ｒｌ ｓ ｎ ｎ ｎ ａ ｅ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｗｉ ｎ ｈ ｍ ｈ ｃ ｍ ｏ ｅｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｄ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ．
几种开关电源变压器设计计算方法
几种开关电源变压器设计计算方法
开关电源变压器设计计算方法有多种，根据输入和输出电压、电流、效率等参数的不同，可以选择不同的设计方法。
下面介绍几种常见的开关电源变压器设计计算方法。
1.均压系数法：
均压系数法是一种常见的设计方法，适用于输出电压稳定、负载变化较小的情况。
计算步骤如下：
1）确定输入和输出电压、电流；
2）选择变压器的变压比和绕组匝数；
3）根据电流传输比，计算输入和输出绕组的截面积和电流；
4）根据磁通密度，计算变压器的磁芯截面积；
5）计算变压器的工作频率和磁通密度。
2.欧姆法：
欧姆法是一种比较精确的设计方法，适用于需求较高的应用场景。
计算步骤如下：
1）确定输入和输出电压、电流，以及允许的电压降；
2）根据欧姆定律和功率关系，计算输入和输出绕组的电阻；
3）根据电流传输比，计算输入和输出绕组的导线截面积；
4）根据磁通密度，计算变压器的磁芯截面积；
5）计算变压器的工作频率和磁通密度。
3.饱和系数法：
饱和系数法是一种适用于高频开关电源设计的方法，可以有效降低开
关电源的损耗和杂散辐射。
计算步骤如下：
1）确定输入和输出电压、电流，以及允许的饱和电流；
2）根据输入和输出电流计算变压器的有效电流；
3）根据输入电流和变压比，计算输入和输出绕组的有效导线截面积；
4）根据磁通密度，计算变压器的磁芯截面积；
5）计算变压器的工作频率和磁通密度。
以上是几种常见的开关电源变压器设计计算方法。
在实际设计中，还
需要考虑变压器的损耗、绝缘、温升等因素，并结合具体的应用要求进行
优化和调整。
开关电源中的高频磁元件的设计
开关电源通过将输入的交流电转 换为直流电，再通过高频开关的 控制，将电能进行升压或降压， 最终输出稳定的直流电压。
开关电源的应用与发展趋势
应用
开关电源广泛应用于各种电子设备中 ，如计算机、电视、手机等，为设备 提供稳定的供电电压。
发展趋势
随着电子设备的发展，开关电源的体 积越来越小，效率越来越高，可靠性 也越来越强，未来将会有更多的应用 场景和更广泛的应用领域。
高磁元件的性能。
引入智能控制技术
03
将智能控制技术应用于磁元件的设计中，实现磁元件的自动调
节和控制，提高磁元件的工作稳定性和可靠性。
高频磁元件的发展趋势与展望
高效化
随着能源危机的加剧和环保要求的提高，高效化的高频磁元件将成为 未来的发展趋势。
微型化
随着电子设备的不断小型化，微型化的高频磁元件将具有更广泛的应 用前景。
装配
将绕好线的磁芯装配到外壳中，并进行必要的固 定和连接。
测试与调整
对成品进行性能测试和调整，确保其符合设计要求。
高频磁元件的质量控制方法
严格控制原材料质量
选择优质的磁性材料和绝缘材料，确保产品 的电气性能和稳定性。
成品检测与测试
对成品进行全面的性能检测和测试，确保其 符合设计要求和安全标准。
工艺过程控制
合理设计绕线结构和安装方式，便于 散热，防止过热。
高频磁元件的磁芯材料选择
高磁导率材料
选择具有高磁导率和低磁损的 磁芯材料，如铁硅铝、MPP等
。
高饱和磁感应强度
选择具有高饱和磁感应强度的 材料，以提高磁元件的储能能 力和效率。
低矫顽力
选择矫顽力较低的材料，以减 小磁滞损耗。
良好的温度稳定性