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沃爾電源行業(yè)新聞

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開關(guān)電源中變壓器的簡單設(shè)計及它的組成原理

時間：2015-11-25來源：tac瀏覽次數(shù)：

內(nèi)容簡介：

在制作開關(guān)點鐘中的變壓器首先要按照設(shè)計功率選擇硅鋼片鐵芯，或根據(jù)現(xiàn)有鐵芯截面積計算功率，然后查手冊得出每伏匝數(shù)，再按初級次級的電流電壓的設(shè)計要求，計算初次級漆包線

在制作開關(guān)點鐘中的變壓器首先要按照設(shè)計功率選擇硅鋼片鐵芯，或根據(jù)現(xiàn)有鐵芯截面積計算功率，然后查手冊得出每伏匝數(shù)，再按初級次級的電流電壓的設(shè)計要求，計算初次級漆包線線徑和匝數(shù)等等，經(jīng)過的步驟很多，也是比較復雜的一個工程。我們通過變壓器的組成、原理，來詳細說說變壓器的簡單設(shè)計問題。
一、開關(guān)電源中變壓器的組成
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示。
開關(guān)電源中變壓器的組成
二、開關(guān)電源中變壓器的原理
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當變壓器的原線圈接在交流電源上時，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ也是簡諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2（原線圈物理量用下角標1表示，副線圈物理量用下角標2表示），其復有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
開關(guān)電源中變壓器的原理
三、開關(guān)電源中變壓器的簡單設(shè)計
首先確定已知參數(shù)：
1）開關(guān)頻率：Fsw； 
2）變壓器的效率：η； 
3）最大占空比：Dmax；
4）輸入電壓范圍：Vinmin,Vinmax
5）輸出電壓 Vout 
6）輸出電流Iout
7）K=0.4(DCM=1,CCM=0.3~0.5)；
8）輸出二極管管壓降Vf
9）輔助繞組電壓Vb
10）輔助繞組二極管管壓降Vfb
變壓器設(shè)計步驟一
輸入功率  Pin=(Vout*Iout) η
輸入電流平均值 Iin_avg=Pin/(√2*Vinmin*Dmax)
初級電感量Lp=(√2*Vinmin*Dmax)^2/2*Pin*Fsw*K
紋波電流 ⊿I= √2*Vinmin*Dmax/Lp*Fsw
變壓器設(shè)計步驟二
再確認參數(shù)
根據(jù)設(shè)計功率和結(jié)構(gòu)空間選擇磁芯
選好磁芯確定磁芯材質(zhì)選出ui值
確定材質(zhì)找出相對溫度的Bs(飽和磁通密度)一般選擇60°相對的Bs.
找出Ae（磁芯實際截面面積）、Acw（磁芯總卷線截面面積）、Ve（磁芯實效體積）值
變壓器設(shè)計步驟三
計算輸入電流峰值Ipk=(Iin_avg*⊿I/2)*1.2
計算AP值 AP=Ae*Acw
計算初級圈數(shù)確認選擇
    NP1= (√2*Vinmin*Dmax)/ui*Fsw*Ae
    NP2=LP*Ipk/Bs*Ae
    NP= | NP1 if  NP1>NP2
            | NP2 otherwise
匝比的計算 n=[Dmax/(1-Dmax)]/Vout+Vf
次級線圈的計算 NS=NP/n
輔助繞組線圈的計算Nfb=(Vf+Vfb/Vout+Vf)*NS
反推驗證Dmax
Dmax=[n*(Vout+Vf)]/[√2*Vinmin+n*(Vout+Vf)]
氣隙的計算 Lg=4*3.14*10^-7*NP^2*Ae/Lp
關(guān)于反激變壓器的氣隙
為什么要開氣隙？
反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，因而變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和因此要加入氣隙。
防止磁芯飽和不僅只有開氣隙一種方法，另外一種是增加磁心的體積；不過通常設(shè)計時空間已經(jīng)限制了磁芯的大小，所以實際設(shè)計中開氣隙的方法應(yīng)用的比較多；
這兩種方法都可以使磁心的磁滯回線變得“扁平”，這樣對于相同的直流偏壓，就降低了工作磁通的密度。
變壓器的線徑選擇
變壓器的線徑計算是有規(guī)定的，特別是反激式電源變壓器更應(yīng)該注意？
自然冷卻時j=1.5~4A/mm2，強迫冷風時3~5A/mm2。
在不同的頻率下選取d也是不同的，在200KHz以下時，一般為4~5A/mm2，在200KHz以上時，一般為2~3A/mm2。
變壓器的線徑選擇
變壓器的繞制方法
為了減少漏感，目前最好的、工藝最簡單的繞制方法是初次級交錯繞法也就是大家常說的三明治繞法。
變壓器的繞制方法
以上是我們對于開關(guān)電源中變壓器的組成、原理及變壓器的簡單設(shè)計做了詳細的分析。我們沃爾電子的技術(shù)團隊經(jīng)過多年的開關(guān)電源研發(fā)，已經(jīng)很熟悉便變壓器的設(shè)計開發(fā)，但我們也在努力的去改進產(chǎn)品，如果您對我們的開關(guān)電源原理技術(shù)文章有疑問，也請聯(lián)系我們。

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