高频变压器设计方法

Sheet1 高频变压器的方法之一 一、设计条件： 1、工作电路； 2、原边电压Vp； 3、输出电压Vo； 4、输出电流Io； 5、开关工作频率fs； 6、工作磁通密度Bw； 7、选用磁芯型式； 8、效率η； 9、温升∝。 二、计算步骤： 1、计算视在功率PT； 视在功率PT因工作电路不同而别，如下图： 视在功率与线路结构关系 线路（a）PT=Po（1+） 线路（b）PT=Po（+√） 线路（b）PT=Po（+1） AP值是磁芯窗口面积Aw与磁芯有效截面积Ae的乘积，即 AP=Aw·Ae 各种磁芯的AP示意图如下： AP=（ ） 式中： AP——为Aw和Ae两面积乘积（cm4）； PT——变压器视在功率（w）； Bw——工作磁通密度（T）； Fs——开关工作频率（Hz）； Ko——窗口使用系数，一般取0.4； Kf——波形系数，方波Kf=4.0，正弦波Kf=4.44； Kj——电流密度比例系数； X——与磁芯有关常数。 各种磁芯结构常数如下表： 铁芯种类 耗损 Kj Kj X Ks Kw Kv （允许温 （允许温 升25℃） 升50℃） 一般罐形（配线）磁芯 Pcu=Pfe 433 632 -0.17 33.8 48 14.5 铁粉磁芯 Pcu＞Pfe 403 590 -0.12 32.5 58.8 13.1 C型铁芯 Pcu=Pfe 323 468 -0.14 39.2 66.6 17.9 单线圈 Pcu＞Pfe 395 569 -0.14 44.5 76.6 25.6 金属叠片磁芯 Pcu=Pfe 366 534 -0.12 41.3 68.2 19.7 带绕铁芯 Pcu=Pfe 250 365 -0.13 50.9 82.3 25 J=KjAPX V01=KvAP0.75 Wt=KwAP0.75 As=KsAP0.5 根据选取的磁芯，查出（计算）出如下参数： Ae Aw Le Wt Ml 其中： Le——磁芯有效磁路长度（cm）； Wt——磁芯重量（KG）； Ml——绕组平均匝长（cm）。 平均匝长计算如下图： Ml=a1+b1+0.95（a2+b2） 其中：a1+b1为骨架内径尺寸的1/2； a2+b2为骨架外径尺寸的1/2。 3、计算原边绕组匝数Np： Np= （匝） 4、计算原边电流Ip： Ip= (A) 5、计算电流密度J： J=Kj（Aw·Ae）X （A/cm2） 6、计算原边绕组裸线直径dP和截面积Axp： dP=1.13 （cm） Axp= （cm2） ※式中，在有中心抽头电路时，Ip需乘0.707的修正因素，根据计算的dP值选取初级导线， 并查出带漆皮的线径、截面积和每cm电阻（Ω/cm）值。 7、计算原边绕组电阻值Rp和原边铜损Ppcu： Rp=Ml×Np×Ω/cm （Ω） Ppcu=Ip2Rp （W） 8、计算副边绕组匝数： Vo′=Vo+VDF Ns= 式中：Vo′——副边总电压； VDF——输出二极管压降。 9、计算副边绕组裸线直径dS和截面积Axs： dS=1.13 （cm） Axs= （cm2） 选取副边绕组导线直径，查出带漆皮导线的线径、截面积和每cm电阻（Ω/cm）。 10、计算副边绕组电阻值和副边铜损； Rs=Ml×Ns×Ω/cm （Ω） Pscu=Io2Rs （W） 11、计算变压器总铜损Pcu： Pcu=Ppcu+Pscu （W） 12、计算在效率η下允许的总损耗P∑： P∑= （W） 13、计算允许之铁损Pfe： Pfe=P∑Pcu （W） 14、计算变压器铁损Pfe′： 根据磁芯的损耗曲线，查出在fs和Bw条件下，单位重量的功耗W/KG值，由下式计 算磁芯功耗。 Pfe′= × （W） 15、验算： 若Pfe′＜Pfe，设计通过； 若Pfe′＞Pfe，应重新选择磁芯进行计算。1η1η1η2AwGDAeEI叠片铁芯AwGGEAeC型铁芯AeAw带绕铁芯AwGAe罐形铁芯AeAw环形铁芯KoKfFsBwKjPT×10411+XRPoPi(b)RPoPiN1=N2(a)Po(c)a1a2b2b1Vp×104KfFsBwAePoVpηIp×（0.707）※JIp×（0.707）※JNpVo′VpIo×（0.707）JIo×（0.707）JPoηPoWKGWtSheet2 Sheet3