正激變換器中變壓器的設(shè)計過程

Upi是次級各繞組輸出電壓幅值（V）。 11)計算去磁繞組匝數(shù) 對于采用第三繞組復(fù)位的正激變換器，復(fù)位繞組的匝數(shù)越多，最大占空比越小，開關(guān)管的電壓應(yīng)力越低，但是最大占空比越小，變壓器的利用率越低。故需綜合考慮最大占空比和開關(guān)管的電壓應(yīng)力，一般選擇去磁繞組匝數(shù)（NH）和初級繞組匝數(shù)相同，即 NH=N1（14） 需要注意的是，應(yīng)該確保初級繞組和去磁繞組緊密耦合。

2.3確定導(dǎo)線規(guī)格

1)計算變壓器銅耗Pm 根據(jù)變壓器平均溫升確定變壓器總損耗，減去磁芯損耗即得出銅耗，再根據(jù)銅耗來計算電流密度。計算銅耗應(yīng)該在磁芯規(guī)格確定之后進(jìn)行。

式中：St是變壓器表面積（cm2）；

Pb是在工作磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率下單位質(zhì)量的磁芯損耗（W/kg）； Gc是磁芯質(zhì)量（kg）。 在實(shí)際計算中，銅耗可以按總損耗的一半處理。

2)計算銅線質(zhì)量

Gm式中：lm是線圈平均匝長（cm）；

SW是磁芯窗口面積（cm2）；

Km是銅線窗口占空系數(shù)，定義為繞組凈可繞線空間與導(dǎo)線截面積之比。 計算銅線占空系數(shù)時應(yīng)根據(jù)不同情況選取適當(dāng)值，一般選取范圍在0.25～0.4之間，采用多股并繞時應(yīng)選取較小值。

3)計算電流密度J

4)計算導(dǎo)線截面積

Smi和線徑di式中：Ii是各繞組電流有效值（A）。

計算所需導(dǎo)線直徑時，應(yīng)考慮趨膚效應(yīng)的影響。當(dāng)導(dǎo)線直徑大于2倍趨膚深度時，應(yīng)盡可能采用多股導(dǎo)線并繞。采用n股導(dǎo)線并繞時，每股導(dǎo)線的直徑din按下式計算。 如果采用多股導(dǎo)線并繞，導(dǎo)線的股數(shù)太多，可以采用銅箔。在使用銅箔時，銅箔的厚度應(yīng)該小于兩倍的趨膚深度，銅箔的截面積必須大于該繞組導(dǎo)線所需的截面積。

在計算完畢后，校驗(yàn)窗口尺寸，計算分布參數(shù)，校驗(yàn)損耗和溫升等。

3應(yīng)用實(shí)例

設(shè)計一個用于輸入為48V（36～72V），輸出為2.2V、20A的正激變換器的高頻開關(guān)電源變壓器，工作頻率是200kHz，最大占空比為0.45，采用第三繞組復(fù)位，銅線的趨膚深度為Δ=0.148mm。

按照上述設(shè)計方法，設(shè)計的高頻開關(guān)電源變壓器如下： 磁芯規(guī)格EFD20，磁芯材料為3F3，Ae=31.0mm2，Philips； 初級繞組16匝，采用型號為AWG31的銅線，6股并繞； 復(fù)位繞組16匝，采用型號為AWG33的銅線； 次級繞組2匝，采用厚度t=0.1mm，寬度b=14mm的銅箔，兩層并繞，即截面積S=2.8mm2。

在最終確定導(dǎo)線規(guī)格時，均保留了一定的裕度。為使各繞組耦合良好，采用交錯繞線技術(shù)，如圖3所示[8]，其中P1和P2為變壓器初級繞組，并聯(lián)；S1和S2為變壓器次級繞組，并聯(lián)；R為變壓器復(fù)位繞組。那么，初級繞組采用AWG31的銅線，兩層；次級繞組采用采用厚度t=0.1mm，寬度b=14mm，即S=1.4mm2的銅箔，兩層。 設(shè)計出的變壓器的初級勵磁電感值實(shí)測為Lm=320.40μH，次級電感值實(shí)測為Ls=5.18μH，初級漏感電感值實(shí)測約為0.18μH。該變壓器在正激變換器中的工作特性很好。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述了正激變換器中變壓器的設(shè)計方法，并結(jié)合具體設(shè)計任務(wù)，設(shè)計出一個用于48V（36～72V）輸入，2.2V、20A輸出的高頻開關(guān)電源變壓器。設(shè)計出的變壓器在實(shí)際電路中表現(xiàn)出良好的電氣特性。