变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。一、变压器的基本原理

 

图1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈
单端反激式开关电源变压器的设计 来源:电源谷   作者:
一 .Flybacr 变压器计算 (DCM)

 
二 . 磁芯尺寸 / 形状及对应的功率容量 .

EE13 ---- 1~3W EI40 ---- 120~150W

EE16 ----3~5W PQ2020 ----- 25~40W

EE19 ---- 5~7W PQ2620 ---- 60~70W

EE20/EF20 ---- 7~10W RM8 ------- 约 36W

EF25 ---- 12~25W RM10 ------ 约 50W

EE28 ---- 20~36W RM12 ------ 约 120W

三 . 磁芯的材料

1. 功率铁氧体 : PC30 , PC40 ,PC44 ,PC50

2. EMI 抑制 : 高磁导率 (R3K,R5K,R7K,R10K,R12K,R15K)

3. 铁粉芯 : 黄白黄 26 材质 /52 材质 .

四 . 开关电源测试项目

1. 电器性能 :

A. 输出电源调整

B. 电源调整率

C. 负载调整率

D. 交互调整率

E. 输出纹波与杂讯

F. 输入功率及效率

G. 动态负载

H. PF 值

I. 过压保护

J. 短路保护及输入功率

K. 过功率保护

L. 浪涌电流

M. 过激与欠激
反激式电源变压器参数的确定法
作者: 照明工程师社区 来源:照明工程师社区 时间:02月25日 00:00 
关键词: 变压器 参数 
我来纠错
 
1 引言
    变压器的设计有赖于设计者的经验和灵感的地方颇多。经验丰富的设计者，首先从给出的规格确定变压器匝数，然后从匝
数用理论公式算出其它参数。而对于初学者来说，匝数选用几匝为好？为什么可假定匝数？不知如何是好。
    本文明确提出从规格可确定的参数和必须假设的参数，把它们作为已知参数，再用电磁学理论公式，经验公式或近似公
式，研讨变压器参数的确定，而与决窍无关。
2 已知参数
2.1 从输入输出规格确定的已知参数
① 原级输入电压：Vi
② 次级输出电压：Vo
③ 次级输出平均电流：Io
④ 次级输出功率：Po
    上述参数中，Vi是电容器滤波后电压，采用约85%的交流输入电压最小值    倍，其值为交流最小输入电压峰值减去脉动
电压。脉动电压与输入滤波电容器的电容值大小有关，因此假设有约15%的下降。这样推导出的变压器参数，即使在输入电压
为最小的情况下，也能确保输出规格要求。
2.2 由假设确定的已知参数
①输入输出间效率：η
②原级输入功率：Pi
③开关频率：f
④开关周期：T
⑤开关导通时间：Ton
⑥开关断开时间：Toff
⑦磁芯气隙长度：lg
    上述参数中，输入输出间效率η，一般开关电源为70～80%，因此假设为75%左右。它和2.1的次级输出功率Po可导出原级输
入功率：Pi=Po/η。
开关频率f由开关控制用IC外的条件确定；从f可确定开关周期T。
    开关导通时间Ton，设定为即使在输入电压为最小值的情况下，也能有充裕的向变压器输入能量时间（变压器原线圈接通
时间）的占空因数50%。从Ton也可确定开关断开时间Toff。
    关于lg，在磁芯产品目录上AL-气隙关系中为0.1～1.0mm，在此范围内先适当试选一种；再用变压器参数推导过程中的判
定条件的结果进行校核，最终确定。
AL是磁芯的电感系数，表示在单位面积、单位长度的磁芯上绕单位匝数时的电感。磁芯气隙lg为零时的电感由下式表示：
        
2.3 由试选磁芯的产品目录确定的已知参数
① 磁芯向有效截面积：Ae
② 磁芯向有效磁路长度：le
③ 相对幅值磁导率：μa
④ 饱和磁通密度：Bs
    上述参数，必须根据次级输出功率Po，和产品目录上输出功率大致相同的磁芯尺寸，来试选磁芯；再根据参数推导过程中
的判定条件，来判断试选磁芯是否合式不合式要另选磁芯。
    另外，用于判定条件中的饱和磁通密度Bs，受温度引起的变化比较大，应采用产品目录上最高温度下的数据再降低15～
20%时的值。
3 推导参数所用的定律、条件和近似
    表1列出了导出参数所用的定律、条件和近似。
（1） 安培环路积分定律
（2） 法拉第电磁感应定律
（3） 原级-次级间电压/匝数关系
（4） 原级-次级功率关系式
（5） 能量守恒定律
（6） 安匝数相等定律
（7） 原级-次级间电感关系式
（8） 克希霍夫电压定律
（9） 磁场/磁通密度/磁通关系式
（10） 小的气隙时，磁芯有效截面积Ae近似等于气隙磁通截面积Ag
（11） 磁芯使用的判定条件
表1汇总上述各定律、条件、近似中的各参数。
    原级-次级间电压/匝数关系式，是根据法拉第电磁感应定律中与原线圈和副线圈交链的磁通是相同的假设推导出的；再由
这一关系式和能量守恒定律推导出安匝数相等定律。用原级-次级间电压/匝数关系式和安匝数相等定律及能量守恒定律关系式
得出原级-次级间的电感关系式。

    图1中，通过磁芯中包括气隙在内的闭合磁通是一定的，因此，磁场、磁通密度、磁通关系中，磁芯内部磁通φc和气隙磁
通φg相等。但是如图1所示，气隙中磁力线向外扩张，严格说来，磁芯内磁通密度Bc和磁芯有效截面积Ae，与气隙内磁通密度
Bg和气隙磁通通过面积Ag不相等。但气隙长度lg小时，磁力线扩长少，因此，可近拟认为Ae≈Ag，也可近似认为Bc≈Bg。
    关于磁芯使用的判定条件，如果磁芯产生磁饱和，就不能起变压器的作用。因此，磁芯使用的条件是磁芯即使在原级峰值
电流下也不产生磁饱和。
4 推导变压器原级参数Lp和Np
4.1 推导原级电感Lp
    首先求原级电感Lp：将由克希霍夫电压定律求得的原级峰值电流Ipp表示式，代入原级功率Pi表示式中，消去Ipp，即可求
得Lp：
         
4.2 推导原线圈匝数NP
    利用Bc≈Bg的近似关系，将磁场关系式中的Hc和Hg变换成用Bc表示，再将它们代入安培环路积分公式中得：
            
由此式可求得Bc为：
         
    将此Bc代入法拉第电磁感应定律得：

将此式与原级克希霍夫电压定律比较，即可求得原线圈匝数：
        
4.3 磁芯使用的判定条件
    根据由上述①和③式求得的变压器参数：原级电感Lp和原线圈匝数Np，检验是否满足磁芯使用的判定条件和下述的线径条
件，最后确定使用磁芯。
    为了检验磁芯使用的判定条件，首先用①式的Lp，由克希霍夫电压定律求出原级峰值电流Ipp。用Ipp和由③式求得的Np，
由②式求出磁芯内产生的峰值磁通密度Bcp。看此Bcp是否小于磁芯饱和磁通密度Bs，即是否满足：
     
据此判断试选的磁芯是否能用。
接着，根据上述Ipp，由积分公式

    求出电流有效值Irms。用满足允许电流线径的导线情况下，磁芯形状应能确保原线圈匝数Np。线径允许电流，以铜线为
例，大致标准定为2.5A/mm2。
4.4 确定使用磁芯
    满足上述饱和磁通密度条件和允许电流条件，可将上述试选的磁芯作为正式磁芯使用。
    不满足上述条件，应重新调整气隙长度lg或者另选磁芯，再次计算②～④式，改变参数的满足上述条件。当上述④式右端
计算结果超过Bs时，可减小原线圈匝数Np或原级峰值电流Ipp；或者增大le/μa或lg，使其满足要求。
    其中原级峰值电流Ipp，由于①式中求原级电感Lp的参数Vi、Ton、Pi、T都是由规格和假设给定为已知值，因此Lp是不许
变化的；由原级克希霍夫电压定律求得的Ipp也是固定值。
    其中的le/μa，由于μa=3000～4000，很大，因此，即使选用有效磁路长度le大的磁芯，也几乎不能增大④式右端计算结
果。因此，le/μa认为是不变量。
余下的可变参数就是原线圈匝数Np和磁芯的气隙长度lg。在减小Np的情况下，由于Lp是不许变化的，由③式推导出正式
        
   由（5）式可知，为了减小Np而又不使Lp变化，就必须另选有效截面积Ae大的磁芯。
   另外增大lg，比较（4）和（5）可知，必须是既能减小磁芯由峰值磁通密度Bcp、又不使Lp值变化的lg和Np的组合。
5 推导变压器次级参数

5.1 推导副线圈匝数Ns
    在能量守恒定律中η=1的情况下，原-次级间能量关系式用Vi、Vo1、Lp、Ls表示的第3个公式中，代入原-次级间电感关系
式Ls，就可推导副线圈匝数Ns：
      ）
    另外，由原级克希霍夫电压定律第3个公式可知：Vi·Ton=Lp·Ipp，所以
     ）
5.2 η=1时的Vo1/Isp1和η≠1时的Vo/Isp的关系
    当效率η变化时，磁芯形状、材料和变压器匝数不变，原、次级电感Lp、Ls也不变。比较能量守恒定律中η=1和η≠1的情
况，可得如下电压关系和电流关系：

5.3 由已知值求副线圈匝数Ns
    由上述（6）、（7）求得的副线圈匝数Ns，是用η=1时次级输出电压Vo1和原级输入电压Vi或原级峰值电流Ipp表示的。如
果将上述Vo1用由（8）式求得的Vo来表示，则Ns可用下式表示：
 
    在设计反激式电源变压器中，能确定变压器的三个参数：原级电感Lp、原线圈匝数Np和副线圈匝数Ns，就可以设计变压
器，然后试制，上机试验最终确认输出电压和电流、温升等。
    如果有不合适的地方，就重新再调整设计。再调整设计也不是暗中摸索，而是根据理论公式来确定参数。对于初学者也可
减小再设计重新调整次数。

 

而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。 二、变压器的损耗当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。三、变压器的材料要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。 1、铁心材料：变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000， 2、绕制变压器通常用的材料有漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。 3、绝缘材料在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。 4、浸渍材料：变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

 

电工学名词解释 要学好电工技术必须要对在电工学上的一些物理量的概念有所理解，为此本人将一些常用的电工学名词汇总并作注解： 1、电阻率---又叫电阻系数或叫比电阻。是衡量物质导电性能好坏的一个物理量，以字母ρ表示，单位为欧姆*毫米平方/米。在数值 上等于用那种物质做的长1米截面积为1平方毫米的导线，在温度20C时的电阻值，电阻率越大，导电性能越低。则物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加与原来的电阻电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

 

2、电阻的温度系数----表示物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加量与原来的电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

 

3、电导----物体传导电流的本领叫做电导。在直流电路里，电导的数值就是电阻值的倒数，以字母ɡ表示，单位为欧姆。

 

4、电导率----又叫电导系数，也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。大小在数值上是电阻率的倒数，以字母γ表示，单位为米/欧姆*毫米平方。

 

5、电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势或者简称电势。用字母E表示，单位为伏特。

 

6、自感----当闭合回路中的电流发生变化时，则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化，因此在回路中也将感应电动势，这现象称为自感现象，这种感应电动势叫自感电动势。

 

7、互感----如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。

 

8、电感----自感与互感的统称。

 

9、感抗----交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL.

 

10、容抗----交流电流过具有电容的电路时，电容有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。

 

11、脉动电流----大小随时间变化而方向不变的电流，叫做脉动电流。

 

12、振幅----交变电流在一个周期内出现的最大值叫振幅。

 

13、平均值----交变电流的平均值是指在某段时间内流过电路的总电荷与该段时间的比值。正弦量的平均值通常指正半周内的平均值，它与振幅值的关系：平均值=0.637*振幅值。

 

14、有效值----在两个相同的电阻器件中，分别通过直流电和交流电，如果经过同一时间，它们发出的热量相等，那么就把此直流电的大小作为此交流电的有效值。正弦电流的有效值等于其最大值的0.707倍。

 

15、有功功率----又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特。

 

16、视在功率----在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母Ps来表示，单位为瓦特。

 

17、无功功率----在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。用字母Q表示，单位为芝。

 

18、功率因数----在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSφ表示。

 

19、相电压----三相输电线（火线）与中性线间的电压叫相电压。

 

20、线电压----三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.73倍。

 

21、相量----在电工学中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。

 

22、磁通----磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫做磁通，以字母φ表示，单位为麦克斯韦。

 

23、磁通密度----单位面积上所通过的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁场感应强度在数值上是相等的。

 

24、磁阻----与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用，以符号Rm表示，单位为1/亨。

 

25、导磁率----又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个系数，以字母μ表示，单位是亨/米。

 

26、磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。

 

27、磁滞回线----在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线如图1。

 

28、基本磁化曲线----铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关，在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。

 

29、磁滞损耗----放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。

 

30、击穿---绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。

 

31、介电常数---又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。

 

32、电磁感应---当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。

 

33、趋肤效应---又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应。

 单端反激开关电源变压器设计

 

时间:2009-01-08 11:42来源: 作者: 点击:29次

核心提示: 由于单端反激变换器在小功率开关电源设计中应用非常广泛，且多路输出较方便。单端反激电源的工作模式有两种，电流连续模式和电流断续模式。前者适用于较小功率，副边二极管没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较大；后者MOS管的峰值电流相对较小，但

 

由于单端反激变换器在小功率开关电源设计中应用非常广泛，且多路输出较方便。单端反激电源的工作模式有两种，电流连续模式和电流断续模式。前者适用于较小功率，副边二极管没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较大；后者MOS管的峰值电流相对较小，但存在副边二极管的反向恢复问题，需要给二极管加吸收电路。这两种工作模式可根据实际需求来选择。 

在工作中，为了方便变压器设计，我总结了一点设计方法，现传上来供大家讨论，希望大家对我的设计方法指出不足之处。 

单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。

1、 已知的参数
这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定，包括：输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出的功率Pout、效率η、开关频率fs(或周期T)、线路主开关管的耐压Vmos。

2、 计算
在反激变换器中，副边反射电压即反激电压Vf与输入电压之和不能高过主开关管的耐压，同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定：
Vf=VMos-VinDCMax-150V

反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后，就可以确定原、副边的匝比了。
Np/Ns=Vf/Vout 

另外，反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态，根据在稳态下，变压器的磁平衡，可以有下式：
VinDCMin * DMax=Vf * (1-DMax)

设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为Ip1，当开关管关断时，原边电流上升到Ip2。若Ip1为0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。由能量守恒，我们有下式：
1/2 * (Ip1+Ip2) * DMax * VinDCMin=Pout/η

一般连续模式设计，我们令Ip2=3Ip1
这样就可以求出变换器的原边电流，由此可以得到原边电感量：
Lp= DMaxoVinDCMin/fs * ΔIp

对于连续模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1；对于断续模式，ΔIp=Ip2 。
可由AwAe法求出所要铁芯：
AwAe=(Lp * Ip22 * 104/Bw * K0 * Kj)1.14

在上式中， Aw为磁芯窗口面积，单位为cm2
Ae为磁芯截面积，单位为cm2
Lp为原边电感量，单位为H
Ip2为原边峰值电流，单位为A
Bw为磁芯工作磁感应强度，单位为T
K0为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2~0.4
Kj为电流密度系数，一般取395A/cm2
根据求得的AwAe值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感。
有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式：
Np=Lp * Ip2 * 104/Bw * Ae

再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。有时求的匝数不是整数，这时应该调整某些参数，使原、副边的匝数合适。

为了避免磁芯饱和，我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙，计算如下：
lg=0.4π * Np2 * Ae * 10-8/Lp

在上式中，lg为气隙长度，单位为cm
         Np为原边匝数，
         Ae为磁芯的截面积，单位为cm2
         Lp为原边电感量，单位为H

至此，单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、变压器的损耗和温升是否可以接受。同时，在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。

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