高頻變壓器參數與計算公式，相信論壇也有這方面的了。看看有什么不一樣。

高頻變壓器參數與計算公式　　

高頻變壓器制作與技術參數　　

脈沖變壓器也可稱作開關變壓器，或簡單地稱作高頻變壓器。在傳統的高頻變壓器設計中，由于磁芯材料的限制，其工作頻率較低，一般在20kHz左右。隨著電源技術的不斷發展，電源系統的小型化、高頻化和大功率化已成為一個永恒的研究方向和發展趨勢。因此，研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統體積、提高電源輸出功率比的關鍵因素。

　　隨著應用技術領域的不斷擴展，開關電源的應用愈來愈廣泛，但制作開關電源的主要技術和耗費主要精力就是制作開關變壓器的部件。　　開關變壓器與普通變壓器的區別大致有以下幾點：

　　(1)電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級繞組中電流都是非正弦波。

　　(2)變壓器的工作頻率比較高，通常都在幾十赫茲，甚至高達幾十萬赫茲。在確定鐵芯材料及損耗時必須考慮能滿足高頻工作的需要及鐵芯中有高次諧波的影響。

　　(3)繞組線路比較復雜，多半都有中心抽頭。這不僅增大了初級繞組的尺寸，增大了變壓器的體積和重量，而且使繞組在鐵芯窗口中的分布關系發生變化。

　　磁芯材料的選擇

　　從變壓器的性能指標要求可知，傳統的薄帶硅鋼已很難滿足變壓器在頻率、使用環境方面的設計要求。磁芯的材料只有從坡莫合金、鐵氧體材料、鈷基非晶態合金和超微晶合金幾種材料中來考慮。坡莫合金、鈷基非晶態價格高，約為鐵氧體材料的數倍，而飽和磁感應強度Bs也不是很高，且加工工藝復雜。考慮到我們所要求的電源輸出功率并不高，大約為30W，因此，綜合幾種材料的性能比較，我們還是選擇了飽和磁感應強度Bs較高，溫度穩定性好，價格低廉，加工方便的性價比較低的鋅錳鐵氧體材料，并選以此材料作為框架的EI28來繞制本例中的脈沖變壓器。高頻變壓器鐵芯EE16型磁芯，每個E：縱向尺寸：全高16 中心柱高4 上下各3 橫向尺寸：總寬8 伸出部分寬5 厚：4mm。

　　變壓器主要參數的計算

　　本例中的變換器采用單端反激式工作方式，單端反激變換器在小功率開關電源設計中應用非常廣泛，且多路輸出較方便。單端反激電源的工作模式有兩種：電流連續模式和電流斷續模式。前者適用于較小功率，副邊二極管存在沒有反向恢復的問題，但MOS管的峰值電流相對較大；后者MOS管的峰值電流相對較小，但存在副邊二極管的反向恢復問題，需要給二極管加吸收電路。這兩種工作模式可根據實際需求來選擇，本文采用了后者

。　　設計變壓器時大多需要考慮下面問題：變換器頻率f(H2)；初級電壓U1(V)，次級電壓U2(V)；次級電流i2(A)；繞組線路參數n1、，n2；溫升τ(℃)；繞組相對電壓降u；環境溫度τHJ(℃)；絕緣材料密度γz(g／cm3)

　　1)根據變壓器的輸出功率選取鐵芯，所選取的鐵芯的戶，值應等于或大于給定值。

　　2)繞組每伏匝數

　　高頻變壓器參數計算

　　一． 電磁學計算公式推導：

1．磁通量與磁通密度相關公式：　　Ф = B * S                   

 ⑴　　Ф  ----- 磁通(韋伯)

　　B   ----- 磁通密度(韋伯每平方米或高斯)  1韋伯每平方米=104高斯

　　S   ----- 磁路的截面積(平方米)

　　B = H * μ                    

⑵　　μ  ----- 磁導率(無單位也叫無量綱)

　　H   ----- 磁場強度(伏特每米)

　　H = I*N / l 

 ⑶　　I   ----- 電流強度(安培)

　　N   ----- 線圈匝數(圈T)

　　l   ----- 磁路長路(米)

2．電感中反感應電動勢與電流以及磁通之間相關關系式：

　　EL =⊿Ф / ⊿t * N            

 ⑷　　EL = ⊿i / ⊿t * L            

 ⑸　　⊿Ф  ----- 磁通變化量(韋伯)

　　⊿i   ----- 電流變化量(安培)

　　⊿t   ----- 時間變化量(秒)

　　N     ----- 線圈匝數(圈T)

　　L     ------- 電感的電感量(亨)

　　由上面兩個公式可以推出下面的公式：

　　⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L  變形可得：

　　N = ⊿i * L/⊿Ф　　再由Ф = B * S  可得下式:

　　N = ⊿i * L / ( B * S )      

⑹　　且由⑸式直接變形可得：

　　⊿i = EL  * ⊿t / L            

⑺　　聯合⑴⑵⑶⑷同時可以推出如下算式:

　　L =(μ* S )/ l * N2                  

 ⑻　　這說明在磁芯一定的情況下電感量與匝數的平方成正比(影響電感量的因素)

　　3．電感中能量與電流的關系：

　　QL = 1/2 * I2 * L             

⑼　　QL  -------- 電感中儲存的能量(焦耳)

　　I   -------- 電感中的電流(安培)

　　L   ------- 電感的電感量(亨)

　　4．根據能量守恒定律及影響電感量的因素和聯合⑺⑻⑼式可以得出初次級匝數比與占空比的關系式：

　　N1/N2 = (E1*D)/(E2*(1-D))      

⑽　　N1  -------- 初級線圈的匝數(圈) 

    E1  -------- 初級輸入電壓(伏特)

　　N2  -------- 次級電感的匝數(圈) 

    E2  -------- 次級輸出電壓(伏特)　

　二． 根據上面公式計算變壓器參數：

　　1． 高頻變壓器輸入輸出要求：

　　輸入直流電壓：

         200--- 340 V

　　輸出直流電壓：

         23.5V

　　輸出電流：

             2.5A * 2

　　輸出總功率：

           117.5W

　　2． 確定初次級匝數比：

　　次級整流管選用VRRM =100V正向電流(10A)的肖特基二極管兩個，若初次級匝數比大則功率所承受的反壓高匝數比小則功率管反低,這樣就有下式：

　　N1/N2 = VIN(max) / (VRRM * k  / 2)

         ⑾　　N1 ----- 初級匝數

     VIN(max)  ------  最大輸入電壓 

   k ----- 安全系數

　　N2 ----- 次級匝數 

    Vrrm  ------  整流管最大反向耐壓

　　這里安全系數取0.9

　由此可得匝數比N1/N2  =  340/(100*0.9/2) ≌ 7.6

　　3． 計算功率場效應管的最高反峰電壓:

　　Vmax = Vin(max) + (Vo+Vd)/ N2/ N1 

             ⑿　　Vin(max)  -----  輸入電壓最大值 

          Vo ----- 輸出電壓

　　Vd    ----- 整流管正向電壓

　　Vmax = 340+(23.5+0.89)/(1/7.6)

　　由此可計算功率管承受的最大電壓: Vmax ≌ 525.36(V)

　　4． 計算PWM占空比：

　　由⑽式變形可得：

　　D = (N1/N2)*E2/(E1+(N1 /N2*E2)

　　D=(N1/N2)*(Vo+Vd)/Vin(min)+N1/N2*(Vo+Vd) 

 ⒀　　D=7.6*(23.5+0.89)/200+7.6*(23.5+0.89)

　　由些可計算得到占空比 D≌ 0.481

　　5． 算變壓器初級電感量：

　　為計算方便假定變壓器初級電流為鋸齒波，也就是電流變化量等于電流的峰值,也就是理想的認為輸出管在導通期間儲存的能量在截止期間全部消耗完。那么計算初級電感量就可以只以PWM的一個周期來分析，這時可由⑼式可以有如下推導過程：

　　（P/η）/ f  = 1/2 * I2 * L

     ⒁　　P ------- 電源輸出功率 (瓦特)  η ---- 能量轉換效率  f ---- PWM開關頻率將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)

　　將此算式代入⒂式變形可得：

　　L = E2 * D2 *η/ ( 2 * f * P ) 

      ⒃　　這里取效率為85%， PWM開關頻率為60KHz.

　　在輸入電壓最小的電感量為：

　　L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5

　　計算初級電感量為: L1 ≌ 558(uH)

　　計算初級峰值電流：

　　由⑺式可得：

　　⊿i = EL  * ⊿t / L = 200 * (0.481/60000 )/ (558*10-6)

　　計算初級電流的峰值為: Ipp ≌ 2.87(A)

　　初級平均電流為： I1 = Ipp/2/(1/D) = 0.690235(A)

　　6． 計算初級線圈和次級線圈的匝數：

　　磁芯選擇為EE-42(截面積1.76mm2)磁通密度為防治飽和取值為2500高斯也即0.25特斯拉, 這樣由⑹式可得初級電感的匝數為:

　　N1= ⊿i * L / ( B * S ) = 2.87 * (0.558*10-3)/0.25*(1.76*10-4)

　　計算初級電感匝數:  N1 ≌ 36 (匝)

　　同時可計算次級匝數： N2 ≌ 5 (匝)

　　7． 計算次級線圈的峰值電流：

　　根據能量守恒定律當初級電感在功率管導通時儲存的能量在截止時在次級線圈上全部釋放可以有下式：

　　由⑻⑼式可以得到：　　Ipp2=N1/N2* Ipp 

         ⒄　　Ipp2 = 7.6*2.87

　　由此可計算次級峰值電流為：Ipp2 = 21.812(A)

　　次級平均值電流為I2=Ipp2/2/(1/(1-D))= 5.7(A)

　　6.計算激勵繞組(也叫輔助繞組)的匝數：

　　因為次級輸出電壓為23.5V，激勵繞組電壓取12V，所以為次級電壓的一半

　　由此可計算激勵繞組匝數為: N3 ≌ N2 / 2 ≌ 3 (匝)

　　激勵繞組的電流取:  I3 = 0.1(A)

　　繞制脈沖變壓器是制作開關電源的重要工作，也是設計與制作過程中消耗大量時間和主要精力的工作。變壓器做得好，整個設計與制作工作就完成了70%以上。做得不好，可能就會出現停振、嘯叫或輸出電壓不穩、負載能力不高等現象。在變壓器的溫升<35℃，繞制良好的脈沖變壓器的工作效率可達到90%以上，且波形質量優異，電性能參數穩定。在100kHz的使用條件下，脈沖變壓器的體積可以大大減小。繞制變壓器時，要盡最大的努力保證以下幾點：

　　(1)即使輸入電壓最大，主開關器件導通時間最長，也不至于使變壓器的磁芯飽和；

　　(2)初級線圈與次級線圈的耦合要好，漏電感要小；

　　(3)高頻開關變壓器會因集膚效應導致電線的電阻值增大，因而要減小電流密度。通常，工作時的最大磁通密度取決于次級線圈。

　　(4)一般來說，采用鐵氧體磁芯E128時，要把Bm控制在3kGs以下。