開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載45）全橋式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計(jì)算

1-8-3-4．全橋式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計(jì)算

全橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理與推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理是非常接近的，只是變壓器的激勵(lì)方式與工作電源的接入方式有點(diǎn)不同；因此，用于計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，同樣可以用于全橋式變壓器開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的計(jì)算。

A）全式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)的計(jì)算

全橋式變壓器開關(guān)電源與推挽式開關(guān)電源一樣，也屬于雙激式開關(guān)電源，因此用于全橋式開關(guān)電源的變壓器鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可從負(fù)的最大值-Bm，變化到正的最大值+Bm，并且變壓器鐵心可以不用留氣隙。全橋式開關(guān)電源變壓器的計(jì)算方法與前面推挽式開關(guān)電源變壓器的計(jì)算方法基本相同，根據(jù)推挽式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)計(jì)算公式（1-150）和（1-151）式：

上面（1-150）和（1-151）式，雖然是用來計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的公式，但對(duì)于全橋式變壓器開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)的計(jì)算同樣有效。

（1-150）和（1-151）式中，N1為變壓器初級(jí)線圈N1繞組的最少匝數(shù)，S為變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位：高斯）；Ui為開關(guān)電源的工作電壓，即加到變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電壓，單位為伏；τ = Ton，為控制開關(guān)的接通時(shí)間，簡稱脈沖寬度，或電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的寬度（單位：秒）；

F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關(guān)電源變壓器工作于正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來計(jì)算變壓器初級(jí)線圈N1繞組的匝數(shù)；F和τ取值要預(yù)留20%左右的余量。式中的指數(shù)是統(tǒng)一單位用的，選用不同單位，指數(shù)的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長度為厘米（cm），磁感應(yīng)強(qiáng)度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

B）交流輸出全橋式開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算

全橋式變壓器開關(guān)電源如果用于DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流，或把交流整流成直流后再逆變成交流，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調(diào)整，工作效率很高。請(qǐng)參考圖1-47。

用于逆變的全橋式變壓器開關(guān)電源一般輸出電壓uo都是占空比等于0.5的方波，由于方波的波形系數(shù)（有效值與半波平均值之比）等于1，因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，并且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，只要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據(jù)半波平均值，就可以求得半橋式開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比。

根據(jù)前面分析，全橋式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要由開關(guān)電源變壓器次級(jí)線圈輸出的正激電壓來決定。因此，根據(jù)（1-182）、（1-183）式就可以出全橋式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得全橋式逆變開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比：

n = N2/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級(jí)變壓比，D = 0.5時(shí) （1-188）

（1-188）式就是計(jì)算全橋式逆變開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為變壓器初級(jí)線圈N1繞組的匝數(shù)，N2為變壓器次級(jí)線圈的匝數(shù)，Uo輸出電壓的有效值，或平均值，Ui為直流輸入電壓，Upa輸出電壓的半波平均值。

（1-188）式還沒有考慮變壓器的工作效率，當(dāng)把變壓器的工作效率也考慮進(jìn)去時(shí)，最好在（1-188）式的右邊乘以一個(gè)略大于1的系數(shù)。

C）直流輸出電壓非調(diào)整式全橋開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算

直流輸出電壓非調(diào)整式全橋開關(guān)電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路后面再接一級(jí)整流濾波電路，請(qǐng)參考1-48。這種直流輸出電壓非調(diào)整式全橋開關(guān)電源的兩組控制開關(guān)K1和K4、K2和K3的占空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5，整流輸出電壓的有效值Uo與半波平均值Upa基本相等。因此，直流輸出電壓非調(diào)整式全橋開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比可直接利用（1-188）式來計(jì)算。即：

n = N2/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級(jí)變壓比，D = 0.5時(shí) （1-188）

同樣，在低電壓、大電流輸出的情況下，一定要考慮變壓器的工作效率以及整流二極管的電壓降和4個(gè)開關(guān)器件接通時(shí)的電壓降。

D）直流輸出電壓可調(diào)整式全橋開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算

直流輸出電壓可調(diào)整式全橋開關(guān)電源的功能就要求輸出電壓可調(diào)，因此，全橋式變壓器開關(guān)電源的兩組控制開關(guān)K1、K4和K2、K3的占空比必須要小于0.5；因?yàn)槿珮蚴阶儔浩鏖_關(guān)電源正反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩組控制開關(guān)K1、K4和K2、K3的占空比相當(dāng)于要小一倍。當(dāng)要求輸出電壓可調(diào)范圍為最大時(shí)，占空比最好取值為0.25。根據(jù)（1-140）和（1-145）式可求得：

n=N2/N1 =2Uo(1-D) /Ui —— 次/初級(jí)變壓比，D小于0.5時(shí) （1-189）

或

n= N2/N1 =3Uo/Ui —— 次/初級(jí)變壓比，D為0.25時(shí) （1-190）

Uo =n*Ui/2(1-D) —— D小于0.5時(shí) （1-140）

Uo =2*n*Ui/3 —— D為0.25時(shí) （1-145）

（1-189）、（1-190）式就是計(jì)算直流輸出電壓可調(diào)整式全橋開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為變壓器初級(jí)線圈的最少匝數(shù)，N2為變壓器次級(jí)線圈的匝數(shù)，Uo為直流輸出電壓，Ui為開關(guān)電源的工作電壓。