电源高频变压器的设计方法简介
电源高频变压器的设计方法简介
设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。
设计目标：电源输入交流电压在180v~260v之间，频率为50hz，输出电压为直流5v、14a，功率为70w，电源工作频率为30khz。
设计步骤：
1、计算高频变压器初级峰值电流ipp
由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会达到峰值，此值等于功率管的峰值电流。由电感的电流和电压关系v=l*di/dt可知：
输入电压：vin(min)=lp*ipp/tc
取1/tc=f/dmax，则上式为：
vin(min)=lp*ipp*f/dmax
其中： v in ： 直流输入电压，v
lp ： 高频变压器初级电感值，mh
ipp ： 变压器初级峰值电流，a
dmax： 最大工作周期系数
f： 电源工作频率，khz
在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：
pout=1/2*lp*ipp2*f
将其与电感电压相除可得：
pout/vin(min)=lp*ipp2*f*dmax/(2*lp*ipp*f)
由此可得：
ipp=ic=2*pout/(vin(min)*dmax)
其中：vin(min)=1.4*vacin(min)-20v(直流涟波及二极管压降)=232v，取最大工作周期系数dmax=0.45。则：
ipp=ic=2*pout/(vin(min)*dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34a
当功率管导通时，集极要能承受此电流。
2、求最小工作周期系数dmin
在反馈式电流不连续电源中，工作周期系数的大小由输入电压决定。
dmin=dmax/[(1-dmax)*k+dmax]
其中：k=vin(max)/vin(min)
vin(max)=260v*1.4-0v(直流涟波)=364v，若允许10%误差，vin(max)=400v。
vin(min)=232v，若允许7%误差，vin(min)=216v。
由此可得：
k=vin(max)/vin(min)=400/216=1.85
dmin=dmax/[(1-dmax)*k+dmax]=0.45/[(1-0.45)*1.85+0.45]=0.31
因此，当电源的输入直流电压在216v~400v之间时，工作周期系数d介于0.31~0.45之间。
3、计算高频变压器的初级电感值lp
lp=vin(min)*dmax/(ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mh
4、计算出绕组面积aw和铁心有效面积ae的乘积aw*ae,选择铁心尺寸。
如果我们只绕初级于线架上，则：
aw*ae=(6.33*lp*ipp*d2)*108/bmax
其中：d为绝缘线的直径，bmax选择为bsat/2。
在反馈式变压器中，如果初级占30%的绕组面积，则其余的70%为次级和绝缘空间，因此，aw*ae须再乘以3倍，为了安全起见，我们将其提高为4倍。因此，
aw*ae=4*(6.33*lp*ipp*d2)*108/bmax
此式只是估算，最后铁心和线架的选择是可以改变的。
假设选择绕组绕线的电流密度为400c.m/a，则400c.m/a*1.34a=536(c.m),我们参考美国线规（awg），取no.22awg导线，其值为0.028in。我们选择tdk h7c1材料的e-e型铁心，它在100℃时，bsat=3900g，bmax=bsat/2=1950g，可得：
aw*ae=4*(6.33*lp*ipp*d2)*108/bmax
=4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282)*108/1950
=3.27cm4
由tdk目录中可查得ee42*42*15的铁心和线架aw*ae=1.83cm2*1.83cm2=3.33cm4，因此，我们选用此铁心。
5、计算空气间隙长度lg
在反馈式电源变压器中，磁通只在第一象限中变化，电流磁通量不会出现负值。为防止变压器饱和，可以采用大体积铁心或在磁通路径上使用空气间隙，为减少电源体积，我们采用间隙法，使磁滞回路变的平坦，在相同的直流偏压下可降低工作的磁通密度。
在磁通路径上，空气间隙会产生较大的磁阻，因此，变压器所存储的大部分能量是在空气间隙中，空气间隙体积为vg，长度为lg。由，
1/2*lp*ipp2=1/2*bmax*h*vg*108
vg=ae*lg
u0h=bmax/(0.4*π)
u0 ：空气磁导率=1
可得：
lg=0.4*π*lp*ipp2*108/(bmax2*ae)=0.4*π*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm
因此，我们在e-e铁心中心柱分割0.078cm的间隙。
6、计算变压器初级线圈np
np=lp*ipp*108/(ae*bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(t)
7、计算变压器次级线圈ns
在输入电压最小、工作周期最大时，计算变压器次级线圈ns。
vout+vd=vin(min)*dmax/(1-dmax)*ns/np （vd是整流管压降）
ns=np*(vp+vd)*(1-dmax)/(vin(min)*dmax)
=90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)
=2.84(t)
取整数为3圈。
电源输入电流为14a，400c.m/a*14a=5600(c.m)，考虑到集肤效应和生产作业方便，我们采用1400c.m，4条线并联联使用，awg no：18即可。
高频变压器的设计方法很多，希望此例对大家有所帮助。
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设计步骤：
1、计算高频变压器初级峰值电流ipp
由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会达到峰值，此值等于功率管的峰值电流。由电感的电流和电压关系v=l*di/dt可知：
输入电压：vin(min)=lp*ipp/tc
取1/tc=f/dmax，则上式为：
vin(min)=lp*ipp*f/dmax
其中： v in ： 直流输入电压，v
lp ： 高频变压器初级电感值，mh
ipp ： 变压器初级峰值电流，a
dmax： 最大工作周期系数
f： 电源工作频率，khz
在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：
pout=1/2*lp*ipp2*f
将其与电感电压相除可得：
pout/vin(min)=lp*ipp2*f*dmax/(2*lp*ipp*f)
由此可得：
ipp=ic=2*pout/(vin(min)*dmax)
其中：vin(min)=1.4*vacin(min)-20v(直流涟波及二极管压降)=232v，取最大工作周期系数dmax=0.45。则：
ipp=ic=2*pout/(vin(min)*dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34a
当功率管导通时，集极要能承受此电流。
2、求最小工作周期系数dmin
在反馈式电流不连续电源中，工作周期系数的大小由输入电压决定。
dmin=dmax/[(1-dmax)*k+dmax]
其中：k=vin(max)/vin(min)
vin(max)=260v*1.4-0v(直流涟波)=364v，若允许10%误差，vin(max)=400v。
vin(min)=232v，若允许7%误差，vin(min)=216v。
由此可得：
k=vin(max)/vin(min)=400/216=1.85
dmin=dmax/[(1-dmax)*k+dmax]=0.45/[(1-0.45)*1.85+0.45]=0.31
因此，当电源的输入直流电压在216v~400v之间时，工作周期系数d介于0.31~0.45之间。
3、计算高频变压器的初级电感值lp
lp=vin(min)*dmax/(ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mh
4、计算出绕组面积aw和铁心有效面积ae的乘积aw*ae,选择铁心尺寸。
如果我们只绕初级于线架上，则：
aw*ae=(6.33*lp*ipp*d2)*108/bmax
其中：d为绝缘线的直径，bmax选择为bsat/2。
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aw*ae=4*(6.33*lp*ipp*d2)*108/bmax
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假设选择绕组绕线的电流密度为400c.m/a，则400c.m/a*1.34a=536(c.m),我们参考美国线规（awg），取no.22awg导线，其值为0.028in。我们选择tdk h7c1材料的e-e型铁心，它在100℃时，bsat=3900g，bmax=bsat/2=1950g，可得：
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=4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282)*108/1950
=3.27cm4
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1/2*lp*ipp2=1/2*bmax*h*vg*108
vg=ae*lg
u0h=bmax/(0.4*π)
u0 ：空气磁导率=1
可得：
lg=0.4*π*lp*ipp2*108/(bmax2*ae)=0.4*π*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm
因此，我们在e-e铁心中心柱分割0.078cm的间隙。
6、计算变压器初级线圈np
np=lp*ipp*108/(ae*bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(t)
7、计算变压器次级线圈ns
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vout+vd=vin(min)*dmax/(1-dmax)*ns/np （vd是整流管压降）
ns=np*(vp+vd)*(1-dmax)/(vin(min)*dmax)
=90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)
=2.84(t)
取整数为3圈。
电源输入电流为14a，400c.m/a*14a=5600(c.m)，考虑到集肤效应和生产作业方便，我们采用1400c.m，4条线并联联使用，awg no：18即可。
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