帶有中間抽頭的高頻大功率變壓器的設計過程和計算方法

1、摘要：摘要：詳細介紹了一個帶有中間抽頭的高頻大功率變壓器的設計過程和計算方法，以及要注意的問題。根據開關電源變換器的性能指標設計出的變壓器經過在實際電路中的測試和驗證，效率高、干擾小，表現了優(yōu)良的電氣特性。關鍵詞：關鍵詞：開關電源變壓器；磁芯的選擇；磁感應強度；趨膚效應；中間抽頭0引言引言隨著電子技術和信息技術的飛速發(fā)展，開關電源SMPS(switchmodepowersupply)作為各種電子設備、信息設備的電源部分，更加要求效率高、

2、成本小、體積小、重量輕、具有可移動性和能夠模塊化。變壓器作為開關電源的必不可少的磁性元件，對其進行合理優(yōu)化的設計顯得非常重要。在高頻開關電源的設計中，真止難以把握的是磁路部分的設計，開關電源變壓器作為磁路部分的核心元件，不但需要滿足上述的要求，還要求它性能高，對外界干擾小。由于它的復雜性，對其設計一、兩次往往不容易成功，一般需要多次的計算和反復的試驗。因此，要提高設計的效果，設汁者必須有較高的理論知識和豐富的實踐經驗。1開關電源變換器的

3、性能指標開關電源變換器的性能指標開關電源變換器的部分原理圖如圖1所示。其主要技術參數如下：電路形式半橋式；整流形式全波整流；工作頻率f=38kHz；變換器輸入直流電壓Ui=310V；變換器輸出直流電壓Ub=14.7V；輸出電流Io=25A；工作脈沖的占空度D=0.25～O.85；轉換效率η≥85％；變壓器允許溫升△τ=50℃；變換器散熱方式風冷；工作環(huán)境溫度t=45℃～85℃。2變壓器磁芯的選擇以及工作磁感應強度的確定變壓器磁芯的選擇以

4、及工作磁感應強度的確定2.1變壓器磁芯的選擇變壓器磁芯的選擇目前，高頻開關電源變壓器所用的磁芯材料一般有鐵氧體、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。這些材料中，坡莫合金價格最高，從降低電源產品的成本方面來考慮不宜采用。非晶合金和超微晶材料的飽和磁感應強度雖然高，但在假定的測試頻率和整個磁通密度的測試范圍內，它們呈現的鐵損最高，因此，受到高功率密度和高效率的制約，它們也不宜采用。雖然鐵氧體材料的損耗比坡莫合金大些，飽和磁感應強度也比非晶合

5、金和超微晶材料低，但鐵氧體材料價格便宜，可以做成多種幾何形狀的鐵芯。對于大功率、低漏磁變壓器設計，用EE型鐵氧體鐵芯制成的變壓器是最符合其要求的，而且EE型鐵芯很容易用鐵氧體材料制作。所以，綜合來考慮，變換器的變壓器磁芯選擇功率鐵氧體材料，EE型。2.2工作磁感應強度的確定工作磁感應強度的確定工作磁感應強度Bm是開關電源變壓器設計中的一個重要指標，它與磁芯結構形式、材料性能、工作頻率及輸出功率的因素有關關。若工作磁感應強度選擇太低，則變

6、壓器體積重量增加，匝數增加，分布輸出電壓的30％；所以，變壓器的次級電壓Us=1472.5O514.730％=22.1lV。3.4.1初級繞組匝數初級繞組匝數N13.4.2次級繞組匝數次級繞組匝數N2式中：Ton為初級輸入脈沖電壓寬度，單位為μs。取占空度D=O.5，Ton=Df=13μs。3.5導線線徑的計算導線線徑的計算繞組的導線大小根據變壓器各繞組的工作電流和電流密度來確定。另外，若變壓器的工作頻率超過20kHz，還需要考慮電流趨

7、膚效應的影響，導線直徑應小于兩倍的穿透深度。頻率為38kHz時銅導線的趨膚深度△~O.41mm，因此，所取導線直徑應小于0.82mm。3.5.1電流密度電流密度3.5.2初級繞組所需導線的截面積初級繞組所需導線的截面積用線徑是O.8mm，截而積是O.5mm2的圓銅線兩根并繞。3.5.3截面積截面積因為本變壓器次級是帶中間抽頭輸出，計算導線的截面積時，Io需乘以0.707的校正系數。因此，次級繞組所需導線的截面積為用線徑是O.8mm，截面

8、積是0.5mm2的圓銅線8根，分兩組，每組4根并繞，然后兩組并接。4線圈的繞制線圈的繞制因為變換器用的是中間抽頭變壓器，功率較大，宜采用三明治繞法。三明治繞法是中間初級繞組，兩邊次級繞組，或中間次，兩邊初。這種繞法會對變壓器的溫度有很大的幫助，且磁力線在變壓器中分布較均勻，所以繞組耦合較均勻，漏感少，對外界干擾小，對紋波影響較小。本變壓器初級繞組繞在中間，次級是中間抽頭輸出，共有4個繞組，各2個繞組繞在初級的兩邊。5結語結語實驗證明，該