高频开关电源变压器的设计要求和方法

一、前言 

电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,作为一种主要电磁器件的高频开关电源变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器,主要用于高频开关电源中,也用于高频逆变电源和高频逆变焊机中.

二、高频开关电源变压器的设计要求

高频开关电源变压器的设计要求包括磁芯参数,线圈参数等内容.

1. 磁芯参数

高频电源变压器磁芯参数设计中,要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制,还要受损耗的限制,同时还与功率传送的工作方式有关.对变压器功率传送方式磁通双方向变化工作模式,ΔB＝2Bm,工作的磁滞回线包围的面积比局部回线大得多,损耗也大得多,Bm主要受损耗限制,还要注意由于各种原因造成激磁的正负变化的面积不相等而出现直流偏磁问题,可以在磁芯磁路中加一个小气隙或者在电路设计时加入隔直流电容或者采用电流型控制来解决.

2. 线圈参数

高频开关电源变压器设计的线圈参数包括:匝数,导线截面(直径),导线形式,绕组排列和绝缘安排等.原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感(储存能量)来决定,匝数不能过多,也不能过少.如果匝数过多,会增加漏感和绕线工时;如果匝数过少,在外加激磁电压比较高时有可能使匝间电压降和层间电压降增大须加强绝缘,副绕组匝数由输出电压来决定.

三、高频开关电源变压器的设计方法

由于开关电源变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用,从而开关电源设计的关键是高频变压器的设计下面给出的方法供大家参考.

1. 磁芯的选择

按照输出Vo＝15V,Io＝1．5A的要求,以及高频变压器考虑6%的余量,则输出功率Po＝1．06×15×1．5＝23．85W.根据输出功率选择磁芯,实际选取能输出25W功率的磁芯,根据有关设计手册选用EI25,查表可得该磁芯的有效截面积Ae＝0．42cm2.

2. 工作磁感应强度ΔB的选择

ΔB＝0．5BS,BS为磁芯的饱和磁感应强度,由于铁氧体的BS为0．2~0．3T,取ΔB＝0．15T.

3. 初级绕组匝数NP的选取

选开关频率f＝100kHz(T＝10μs)按交流输入电压为*低值

85V,Emin≈1．4×85V,Dmax＝0．3计算则

Np＝＝＝52．6

取NP＝53匝.

4. 去磁绕组匝数NS的选取

取NS＝2NP＝106匝.

5. 次级匝数NT的选取

输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降,设输出电流为2A时的线路压降为7%,则空载输出电压VO0≈16V.

NT＝＝＝23．8

取NT＝24匝.

6. 偏置绕组匝数NB的选取

取偏置电压为9V,根据变压器次级伏匝数相等的原则,由16/24＝9/NB,得NB＝13．5取NB＝14匝.

7. 电流额定值ICN的选取

平均输入功率Pi＝＝28．12W(假定η＝0．8),在Dmax时的输入功率应为平均输入功率,因此Pi＝0．3×85×1．4×IC＝28．12,则IC＝0．85A,考虑调整电感量时电流不可避免的失控,实际选择的芯片电流额定值至少两倍于此值,即ICN>1．7A.

四、结束语

高频开关电源变压器的设计除了要了解高频电源变压器的理论和设计方法以外,还要了解各种软磁材料和磁芯的性能价格、磁芯加工热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺及变压器组装工艺以及质量控制的检测参数和仪器设备等