反激變壓器設(shè)計(jì)過程

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 反激變壓器設(shè)計(jì)過程 電源參數(shù) 根據(jù)功率、輸入輸出的情況，我們選擇反激電源拓?fù)洹?反激式變壓器的優(yōu)點(diǎn)有 電路簡單,能高效提供多路直流輸出,因此適合多組輸出要求。 轉(zhuǎn)換效率高,損失小。 變壓器匝數(shù)比值較小。 輸入電壓在很大的范圍內(nèi)波動時,仍可有較穩(wěn)定的輸出。 設(shè)計(jì)步驟： 、決定電源參數(shù)。 、計(jì)算電路參數(shù)。 、選擇磁芯材料。 、選擇磁芯的形狀和尺寸。 、計(jì)算變壓器匝數(shù)、有效氣隙電感系數(shù)及氣隙長度。 、選擇繞組線圈線徑。 、計(jì)算變壓器損耗和溫升。 原理圖 步驟一、確定電源參數(shù)：（有些參數(shù)為指標(biāo)給定，有些參數(shù)從資料查得） 注：電流比例因數(shù)：紋波比例，在重載和低收入情況下的

2、紋波電流和實(shí)際電流的比例。 步驟二、計(jì)算電路參數(shù)： 很低直流輸入電壓： 為損耗分配因數(shù)，如果Z=1.0表示所有損耗都在副邊，如果Z=0表示所有的損耗都在原邊，在這里取Z=0.5表示原副邊都存在損耗。 步驟三、選擇磁芯材料： 鐵氧體材料具有電阻率高，高頻損耗小的特點(diǎn)，且有多種材料和磁芯規(guī)格滿足各要求，加之價格較其它材料低廉，是目前在開關(guān)電源中應(yīng)用很為廣泛的材料。同時也有飽和磁感應(yīng)比較低，材質(zhì)脆，不耐沖擊，溫度性能差的缺點(diǎn)。 采用的是用于開關(guān)電源變壓器及傳輸高功率器件的MnZn功率鐵氧體材料PC40,其初始磁導(dǎo)率為230025，飽和磁通密度為510mT（25時）/390mT（100時）,居里溫度為

3、215。 選擇磁芯材料為鐵氧體，PC40。 步驟四、選擇磁芯的形狀和尺寸： 高頻功率電子電路中離不開磁性材料。磁性材料主要用于電路中的 變壓器、扼流圈(包括諧振電感器)中。 變壓器是整個電源供給器的重要重心，所以變壓器的計(jì)算及驗(yàn)證是很重要的。 磁性材料(Magnetic materials)有個磁飽和問題。如果磁路飽和，會導(dǎo)致變壓器電量傳遞畸變，使得電感器電感量減小等。對于電源來說，有效電感量的減小，電源輸出紋波將增加， 并且通過開關(guān)管的峰值電流將增加。這樣可能使得開關(guān)管的工作 點(diǎn)超出安全工作區(qū)，從而造成開關(guān)管壽命的縮短或損壞。磁性材料的另一個問題就是居里點(diǎn)溫度 。在這一溫度下，材料的磁特性會

4、發(fā)生急劇變化。特別是該材料會 從強(qiáng)磁物質(zhì)變成順磁性物質(zhì)，即磁導(dǎo)率迅速減小幾個數(shù)量級。實(shí) 際上，它幾乎轉(zhuǎn)變?yōu)楹涂諝獯判镜刃?。一些鐵淦氧(ferrites)的居里 點(diǎn)可以低到130oC左右。因此一定要注意磁性材料的工作溫度。 簡單的說就是兩個問題： 飽和引起電感量減小 居里溫度磁導(dǎo)率減小 所以選擇變壓器的時候，我們需要充分考慮兩個問題： 、磁通量必須滿足，防止飽和。 、溫度不能太高。 所以我們需要先計(jì)算變壓器鐵心磁飽和的磁通量的很大值B（max） 決定變壓器的材質(zhì)及尺寸 依據(jù)變壓器計(jì)算公式 （max）的計(jì)算結(jié)果，不要超過我們選型的鐵心的額定值，并開展降額、并考慮外殼導(dǎo)致散熱不良帶來的影響，并留有余

5、量。 （max）的算法有兩種， 面積相乘法（AP法） 幾何參數(shù)法（KG 法） 推導(dǎo)過程比較復(fù)雜和繁瑣，此處不開展展開。 在這里用面積乘積公式粗選變壓器的磁芯形狀和尺寸。具體公式如下： 反激變壓器工作在第yi象限，很高磁密應(yīng)留有余度，應(yīng)選取BMAX=0.3T，反激變壓器的系數(shù)K1=0.0085（K1是反激變壓器在自然冷卻的情況下，電流密度取420A/cm2時的經(jīng)驗(yàn)值。） 磁芯型號：查EPC磁芯系列EPC19，磁芯參數(shù)為： 磁芯有效截面積 磁芯窗口面積 磁路長度 無氣隙電感系數(shù) 磁芯體積 骨架繞線寬度 磁芯主要為平面變壓器設(shè)計(jì)的，具有中柱長，漏感小的特點(diǎn)。EPC19磁芯的AP值約為0.11cm4，

6、稍大于計(jì)算所需的AP=0.09 cm4。若再選用小一號的磁芯EFD15,其AP值約為0.047 cm4，小于計(jì)算所需的AP=0.09 cm4，不符合要求，應(yīng)選用EPC19磁芯。 步驟五、計(jì)算變壓器各繞組匝數(shù)、有效氣隙電感系數(shù)及氣隙長度： 、法拉第電磁感應(yīng)定律 電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通變化率成正比，若感應(yīng)電動勢用圖片 表示，則 圖片 ，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。 若閉合電路為一個圖片 匝的線圈，則又可表示為： 圖片 。式中，圖片 為線圈匝數(shù)， 圖片 為磁通量變化量，單位圖片 ， 圖片 為發(fā)生變化所用時間，單位為圖片 ， 圖片 為產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，單位為圖片 。 電感歐姆定律方

7、程：V=L*（dI/dt） 所以推導(dǎo)得到電流型方程： 原邊繞組匝數(shù)： 當(dāng)電感、電流、匝數(shù)、面積確定的情況下，磁飽和密度也就確定了。 換句話說：我們?yōu)榱说竭_(dá)一定的磁飽和密度，需要增加匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)原邊的匝數(shù)滿足要求之后，我們通過匝數(shù)比關(guān)系，可以計(jì)算副邊匝數(shù)要求。 步驟六、選擇繞組導(dǎo)線線徑： 滿足磁通量的同時我們還需要考慮電流和空間的問題。 決定變壓器線徑及線數(shù) 當(dāng)變壓器決定后，變壓器的Bobbin（骨架）即可決定，依據(jù)Bobbin（骨架）的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數(shù)，亦可計(jì)算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm2為參考，電流密度對變壓器的設(shè)計(jì)而言，只能當(dāng)做參考值，很終應(yīng)以溫升記錄為準(zhǔn)

8、。 變壓器有效的骨架寬度： 為原邊繞組層數(shù)，在這里采用4層。 為線圈每端需要的爬電距離，在這里取2mm。 爬電距離是沿絕緣表面測得的兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間的很短路徑。 骨架繞線寬度 計(jì)算原邊繞組導(dǎo)線允許的很大直徑（漆包線）： 根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)可采用裸線徑DIA=0.23mm的漆包線繞置，其帶漆皮外徑為0.27mm，剛好4層可以繞下。 根據(jù)所選線徑計(jì)算原邊繞組的電流密度： 計(jì)算副邊繞組導(dǎo)線允許的很大直徑（漆包線）： 根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)可采用裸線徑DIASS=0.72mm的漆包線繞置，但由于在溫度100、工作頻率為60KHz時銅線的集膚深度： 而0.72mm大于了2倍的集膚

9、深度，使銅線的利用率降低，故采用兩根0.35mm的漆包線并繞。 自供電繞組線徑：由于自供電繞組的電流非常小只有5mA，因此對線徑要求并不是很嚴(yán)格，在這里主要考慮為便于與次級更好的耦合及機(jī)械強(qiáng)度，因此也采用裸線徑為0.35mm的漆包線開展繞置，使其剛好一層繞下，減小與次級之間的漏感，保證短路時使自供電電壓降低。 步驟七、計(jì)算變壓器損耗和溫升 變壓器的損耗主要由線圈損耗及磁芯損耗兩部分組成，下面分別計(jì)算： ）線圈損耗： 為100銅的電阻率為2.3?10-6（?cm ）；為原邊繞組的線圈長度，實(shí)測為360cm；A為原邊0.23mm漆包線的截面積。 為原邊漆包線直徑0.23mm，s為導(dǎo)線中心距0.27mm，為集膚深度0.31mm。 原邊交流電阻與直流電阻比：由于原邊采用包繞法，故原邊繞組層數(shù)可按兩層考慮，根據(jù)上式所求的Q值，查得。 為100銅的電阻率為2.3?10-6（?cm ）；為副邊繞組的線圈長度，實(shí)測為80cm；A為副邊兩根0.38mm漆包線的截面積。 為副邊漆包線直徑0.35mm，s為導(dǎo)線中心距0.41mm，圖片為集膚深度0.31mm。 副邊交流電阻與直流電阻比：副邊繞組層數(shù)為一層，根據(jù)上式所求的Q值，查得： ）磁芯損耗： 為磁芯功率損耗，由峰值磁通密度擺幅、工作頻