高频变压器的设计和分析
2014-06-11刘志坤王军辉孔亮李可可李子豪
刘志坤 王军辉 孔亮 李可可 李子豪
高频变压器的设计和分析
刘志坤 王军辉 孔亮 李可可 李子豪
（河南理工大学 河南·焦作 454000）
摘 要 高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源一般采用半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行降压，输出低电压的交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少，本文就单端反激式开关电源变换器等问题作了相应的分析。
关键词 高频变压器 单端反激式 开关电源
中图分类号：TM4 文献标识码：A
1单端反激式开关电源变换器
单端反激式变压器又称电感储能式变压器，当高压开关管VT1 被脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）脉冲信号激励而导通时，直流输入电压施加到高频变压器T 的原边绕组上，在变压器次级绕组上感应出的电压使整流管VD1 反向偏置而阻断，此时电源能量以磁能形式存储在初级电感中；当开关管VT1 截止时，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组上的电压极性颠倒，使D1 导通，储存在变压器中的能量释放给负载。
2变压器磁芯的选择
开关电源輸出功率为120w，磁芯磁导率为：
u=uxu0=2000？ ？0-7=8 ？0-4（N/A2）…… （1）
其中开关管最大占空比：
D max = ？00% （2）
其中， Vor是副边折射到原边的反射电压大小为135v；Vdcmin为最小输入直流电压，大小为120v；Vds是开关管漏源极电压，大小为10v；将以上数据代入后，得到输入占空比为50%；开关电源效率=80%；则所需要变压器面积乘积为1.3 cm^2这里取窗口面积利用系数Kw=0.4；
电流密度J=400A/cm^2；磁感应强度Bm=0.25；脉动电流和峰值电流比例系数为Krp=0.7；由于骨架需要，这里选择EI40磁芯，EI40参数：A=40mm ，B=26.8mm ，C=11.8mm，D=11.8mm， E=20.3mm， F=27.3mm；
其磁芯截面积为：Ac=1.2*1.2=1.44cm^2；
窗口面积为：Am=0.8*2.03=1.62cm^2；
磁路长度为：L=9.2*10^-2m
磁芯面积乘积：App=Ac*Am=1.44*1.62=2.33cm^2；
综合以上计算，EI40型铁芯满足设计要求。
2.1原边绕组匝数Np的计算
根据公式 ， （3）
代入计算可得Np=48.4匝，实际取值为50匝；
2.2输出绕组匝数的计算
公式 （4）
其中，Uf是整流管的电压，大小取0.4V；代入公式可得：N2=9.76匝，这里取10匝。
2.3反馈绕组匝数的计算
根据公式（4）可得，反馈绕组匝数N2=8.5匝，这里取N2=9匝。
2.4磁芯气隙宽度的计算
在单端反激式开关电源中，高频变压器磁芯的气隙对电源性能影响较大。为防止变压器磁芯发生磁饱和现象，要在磁芯中留有气隙。
原边电感计算公式为：， （5）
其中Emin这里取300v，Pin=150w，Dmax=0.5；代入公式可得，Lp=750uH；
原边电流最大值为： （6）
将Lp，代入公式可得，Ip=2A；
根据公式： （7）
其中，Ae是有效磁芯面积，大小为1.44cm^2，将Lp代入得， =0.06cm。
2.5绕组线径的计算：
经相关运算；初级线径大小为：d=0.94mm；二次侧线径大小为：d=1.68mm。
根据以上数据分析可得：原边绕组 N1 用 0.5mm 线径绕 50 匝；输出绕组 N2 用0.8mm 线径双线，并绕10 匝；反馈绕组N3用0.5 线径绕9 匝。
3结束语
本文针对变压器的相关指标做了简单的分析计算，希望能够给从事相关工作的人员提供以下参考。
参考文献
[1] 钱振宇.开关电源的电磁兼容性设计与测试.电子工业出版社，2006.
[2] 赵建领.Protel电路设计与制版宝典.电子工业出版社，2007.
