帶有中間抽頭的高頻大功率變壓器的設(shè)計(jì)過(guò)程和計(jì)算方法

1、摘要：摘要：詳細(xì)介紹了一個(gè)帶有中間抽頭的高頻大功率變壓器的設(shè)計(jì)過(guò)程和計(jì)算方法，以及要注意的問(wèn)題。根據(jù)開(kāi)關(guān)電源變換器的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)出的變壓器經(jīng)過(guò)在實(shí)際電路中的測(cè)試和驗(yàn)證，效率高、干擾小，表現(xiàn)了優(yōu)良的電氣特性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源變壓器；磁芯的選擇；磁感應(yīng)強(qiáng)度；趨膚效應(yīng)；中間抽頭0引言引言隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源SMPS(switchmodepowersupply)作為各種電子設(shè)備、信息設(shè)備的電源部分，更加要求效率高、

2、成本小、體積小、重量輕、具有可移動(dòng)性和能夠模塊化。變壓器作為開(kāi)關(guān)電源的必不可少的磁性元件，對(duì)其進(jìn)行合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)顯得非常重要。在高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，真止難以把握的是磁路部分的設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)電源變壓器作為磁路部分的核心元件，不但需要滿足上述的要求，還要求它性能高，對(duì)外界干擾小。由于它的復(fù)雜性，對(duì)其設(shè)計(jì)一、兩次往往不容易成功，一般需要多次的計(jì)算和反復(fù)的試驗(yàn)。因此，要提高設(shè)計(jì)的效果，設(shè)汁者必須有較高的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1開(kāi)關(guān)電源變換器的

3、性能指標(biāo)開(kāi)關(guān)電源變換器的性能指標(biāo)開(kāi)關(guān)電源變換器的部分原理圖如圖1所示。其主要技術(shù)參數(shù)如下：電路形式半橋式；整流形式全波整流；工作頻率f=38kHz；變換器輸入直流電壓Ui=310V；變換器輸出直流電壓Ub=14.7V；輸出電流Io=25A；工作脈沖的占空度D=0.25～O.85；轉(zhuǎn)換效率η≥85％；變壓器允許溫升△τ=50℃；變換器散熱方式風(fēng)冷；工作環(huán)境溫度t=45℃～85℃。2變壓器磁芯的選擇以及工作磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定變壓器磁芯的選擇以

4、及工作磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定2.1變壓器磁芯的選擇變壓器磁芯的選擇目前，高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器所用的磁芯材料一般有鐵氧體、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。這些材料中，坡莫合金價(jià)格最高，從降低電源產(chǎn)品的成本方面來(lái)考慮不宜采用。非晶合金和超微晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度雖然高，但在假定的測(cè)試頻率和整個(gè)磁通密度的測(cè)試范圍內(nèi)，它們呈現(xiàn)的鐵損最高，因此，受到高功率密度和高效率的制約，它們也不宜采用。雖然鐵氧體材料的損耗比坡莫合金大些，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也比非晶合

5、金和超微晶材料低，但鐵氧體材料價(jià)格便宜，可以做成多種幾何形狀的鐵芯。對(duì)于大功率、低漏磁變壓器設(shè)計(jì)，用EE型鐵氧體鐵芯制成的變壓器是最符合其要求的，而且EE型鐵芯很容易用鐵氧體材料制作。所以，綜合來(lái)考慮，變換器的變壓器磁芯選擇功率鐵氧體材料，EE型。2.2工作磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm是開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要指標(biāo)，它與磁芯結(jié)構(gòu)形式、材料性能、工作頻率及輸出功率的因素有關(guān)關(guān)。若工作磁感應(yīng)強(qiáng)度選擇太低，則變

6、壓器體積重量增加，匝數(shù)增加，分布輸出電壓的30％；所以，變壓器的次級(jí)電壓Us=1472.5O514.730％=22.1lV。3.4.1初級(jí)繞組匝數(shù)初級(jí)繞組匝數(shù)N13.4.2次級(jí)繞組匝數(shù)次級(jí)繞組匝數(shù)N2式中：Ton為初級(jí)輸入脈沖電壓寬度，單位為μs。取占空度D=O.5，Ton=Df=13μs。3.5導(dǎo)線線徑的計(jì)算導(dǎo)線線徑的計(jì)算繞組的導(dǎo)線大小根據(jù)變壓器各繞組的工作電流和電流密度來(lái)確定。另外，若變壓器的工作頻率超過(guò)20kHz，還需要考慮電流趨

7、膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)線直徑應(yīng)小于兩倍的穿透深度。頻率為38kHz時(shí)銅導(dǎo)線的趨膚深度△~O.41mm，因此，所取導(dǎo)線直徑應(yīng)小于0.82mm。3.5.1電流密度電流密度3.5.2初級(jí)繞組所需導(dǎo)線的截面積初級(jí)繞組所需導(dǎo)線的截面積用線徑是O.8mm，截而積是O.5mm2的圓銅線兩根并繞。3.5.3截面積截面積因?yàn)楸咀儔浩鞔渭?jí)是帶中間抽頭輸出，計(jì)算導(dǎo)線的截面積時(shí)，Io需乘以0.707的校正系數(shù)。因此，次級(jí)繞組所需導(dǎo)線的截面積為用線徑是O.8mm，截面

8、積是0.5mm2的圓銅線8根，分兩組，每組4根并繞，然后兩組并接。4線圈的繞制線圈的繞制因?yàn)樽儞Q器用的是中間抽頭變壓器，功率較大，宜采用三明治繞法。三明治繞法是中間初級(jí)繞組，兩邊次級(jí)繞組，或中間次，兩邊初。這種繞法會(huì)對(duì)變壓器的溫度有很大的幫助，且磁力線在變壓器中分布較均勻，所以繞組耦合較均勻，漏感少，對(duì)外界干擾小，對(duì)紋波影響較小。本變壓器初級(jí)繞組繞在中間，次級(jí)是中間抽頭輸出，共有4個(gè)繞組，各2個(gè)繞組繞在初級(jí)的兩邊。5結(jié)語(yǔ)結(jié)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)證明，該