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正激式开关电源变压器参数的计算

时间:2010-11-23


1-6-3-2.正激式开关电源变压器参数的计算 正激式开关电源变压器参数的计算主要从这几个方面来考虑。 一个是变压器初级 线圈的匝数和伏秒容量,伏秒容量越大变压器的励磁电流就越小;另一个是变压 器初、次级线圈的匝数比,以及变压器各个绕组的额定输入或输出电流或功率。 关于开关电源变压器的工作原理以及参数设计后面还要更详细分析, 这里只做比 较简单的介绍。 1-6-3-2-1.正激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算

图 1-17 中,当输入电压 Ui 加于开关电源变压器初级线圈的两端,且变压器的所 有次级线圈均开路时,流过变压器的电流只有励磁电流,变压器铁心中的磁通量 全部都是由励磁电流产生的。当控制开关接通以后,励磁电流就会随时间增加而 增加,变压器铁心中的磁通量也随时间增加而增加。根据电磁感应定理: e1 = L1di/dt = N1dф/dt = Ui —— K 接通期间 (1-92) 式中 E1 为变压器初级线圈产生的电动势,L1 为变压器初级线圈的电感量, ф 为变压器铁心中的磁通量,Ui 为变压器初级线圈的输入电压。其中磁通量 ф 还 可以表示为: ф= S×B (1-93) 上式中,S 为变压器铁心的导磁面积(单位:平方厘米),B 为磁感应强度,也 称磁感应密度(单位:高斯),即:单位面积的磁通量。 把(1-93)式代入(1-92)式并进行积分:

(1-95)式就是计算单激式开关电源变压器初级线圈 N1 绕组匝数的公式。式中, N1 为变压器初级线圈 N1 绕组的最少匝数,S 为变压器铁心的导磁面积(单位: 平方厘米),Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度(单位:高斯),Br 为变压器 铁心的剩余磁感应强度(单位:高斯),Br 一般简称剩磁,τ= Ton,为控制开 关的接通时间,简称脉冲宽度,或电源开关管导通时间的宽度(单位:秒),一 般 τ 取值时要预留 20%以上的余量,Ui 为工电压,单位为伏。式中的指数是统 一单位用的,选用不同单位,指数的值也不一样,这里选用 CGS 单位制,即:长 度为厘米(cm),磁感应强度为高斯(Gs),磁通单位为麦克斯韦(Mx)。 (1-95)式中,Ui×τ 就是变压器的伏秒容量,即:伏秒容量等于输入脉冲电 压幅度与脉冲宽度的乘积, 这里我们把伏秒容量用 US 来表示。 伏秒容量 US 表示: 一个变压器能够承受多高的输入电压和多长时间的冲击。 在一定的变压器伏秒容量条件下,输入电压越高,变压器能够承受冲击的时间就 越短,反之,输入电压越低,变压器能够承受冲击的时间就越长;而在一定的工 作电压条件下,变压器的伏秒容量越大,变压器的铁心中的磁感应强度就越低, 变压器铁心就更不容易饱和。变压器的伏秒容量与变压器的体积以及功率无关, 而只与磁通的变化量有关。 必须指出 Bm 和 Br 都不是一个常量,当流过变压器初级线圈的电流很小时,Bm 是随着电流增大而增大的,但当电流再继续增大时,Bm 将不能继续增大,这种 现象称磁饱和。变压器要避免工作在磁饱和状态。为了防止脉冲变压器饱和,一 般开关变压器都在磁回路中留一定的气隙。 由于空气的导磁率与铁心的导磁率相 差成千上万倍,因此,只要在磁回路中留百分之一或几百分之一的气隙长度,其 磁阻或者磁动势将大部分都落在气隙上,因此磁心也就很难饱和。 在没有留气隙的变压器铁心中的 Bm 和 Br 的值一般都很高, 但两者之间的差值却 很小;留有气隙的变压器铁心,Bm 和 Br 的值一般都要降低,但两者之间的差值 却可以增大,气隙留得越大,两者之间的差值就越大,一般 Bm 可取 1000~4000 高斯,Br 可取 500~1000。顺便指出,变压器铁心的气隙留得过大,变压器初、 次级线圈之间的耦合系数会降低,从而使变压器初、次级线圈的漏感增大,降低 工作效率,并且还容易产生反电动势把电源开关管击穿。 还有一些高导磁率、高磁通密度磁材料(如坡莫合金),这种变压器铁心的导磁 率和 Bm 值都可达 10000 高斯以上,但这些高导磁率、高磁通密度磁材料一般只

用于双激式开关电源变压器中。 在(1-95)式中虽然没有看到变压器初级线圈电感这个变量,但从(1-92)式可 以求得: L1 = N1dф/dt (1-96) 上式表示,变压器初级线圈的电感量等于穿过变压器初级线圈的总磁通,与流过 变压器初级线圈励磁电流之比,另外,由于线圈之间有互感作用,即励磁电流出 了受输入电压的作用外,同时也受线圈电感量的影响,因此,变压器线圈的电感 量与变压器线圈的匝数的平方成正比。从(1-95)式和(1-96)式可以看出,变 压器初级线圈的匝数越多,伏秒容量和初级线圈的电感量也越大。因此,对于正 激式开关电源变压器来说,如果不考虑变压器初级线圈本身的电阻损耗,变压器 初级线圈的匝数是越多越好, 电感量也是越大越好。 但在进行变压器设计的时候, 还要对成本以及铜阻损耗等因素一起进行考虑。


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