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基础知识:双极性开关电源变压器的计算
来源: 电子市场   时间: 2006-8-30 9:33:54    

设计前应确定下列基本条件:电路形式,开关工作频率,变压器输入电压幅值,开关功率管最大导通时间,变压器输出电压电流,输出侧整流电路形式,对漏感及分布电容的要求,工作环境条件等。 
(1)确定磁心尺寸 
1)求变压器计算功率Pt 
Pt的大小取决于变压器输出功率及输出侧整流电路形式: 
  全桥电路,桥式整流:Pt=(1+1/n)Po  半桥电路,双半波整流:Pt=(1/n+)Po  推挽电路,双半波整流:Pt=(/n+)Po式中:Po=UoIo,直流输出功率。Pt可在(2~2.8)Po范围内变化,Po及Pt均以瓦(W)为单位。n=N1/N2,变压匝数比。 
2)确定磁通密度Bm 
  Bm与磁心的材料、结构形式及工作频率等因素有关,又要考虑温升及磁心不饱和等要求。对于铁氧体磁心多采用0.3T(特斯拉)左右。 
3)计算磁心面积乘积Sp 
Sp等于磁心截面积Sc(cm2)及窗口截面积So(cm2)的乘积,即 
Sp=ScSo=[(Pt×104)/4BmfKwKj]1.16(cm4) 
式中:Kw——窗口占空系数,与导线粗细、绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关。一般低压电源变压器取Kw=0.2~0.4。 
  Kj——电流密度系数,与铁心形式、温升要求等有关。对于常用的E型磁心,当温升要求为25℃时,Kj=366;要求50℃时,Kj=534。环型磁心,当温升要求为25℃时,Kj=250;要求50℃时,Kj=365。 
  由Sp值选择适用于或接近于Sp的磁性材料、结构形式和磁心规格。 
(2)计算绕组匝数 
1)一次绕组匝数:N1=(Up1ton×10-2)/2BmSc(匝) 
式中:Up1——一次绕组输入电压幅值(V) 
  ton——一次绕组输入电压脉冲宽度(μs) 
2)二次绕组匝数:N2=(Up2N1)/Up1(匝) 
…… 
Ni=(UpiN1)/Up1(匝) 
式中:Up2…Upi——二次绕组输出电压幅值(V) 
(3)选择绕组导线 
  导线截面积Smi=Ii/j(mm2) 
式中:Ii——各绕组电流有效值(A) 
j——电流密度 
j=KjSp-0.14×10-2(A/mm2) 
(4)损耗计算 
1)绕组铜损Pmi=Ii2Rai(W) 
式中:Rai——各绕组交流电阻(Ω), 
Ra=KrRd,Rd——导线直流电阻,Kr——趋表系 
数,Kr=(D/2)2/(D-△)·△,D——圆导线 
直径(mm),△——穿透深度(mm),圆铜导线△ 
=66.1/f0.5(f:电流频率,Hz) 
变压器为多绕组时,总铜损为 
  Pm=Ii2Rai(W) 
2)磁心损耗Pc=PcoGc 
式中:Pco——在工作频率及工作磁通密度情况下单 
位质量的磁心损耗(W/kg) 
  Gc——磁心质量(kg) 
3)变压器总损耗Pz=Pm+Pc(W) 
(5)温升计算 
  变压器由于损耗转变成热量,使变压器温度上升,其温升数值与变压器表面积ST有关ST= 
式中:Sp——磁心面积乘积(cm4) 
  KS——表面积系数,E型磁心KS=41.3,环型 
磁心KS=50.9
上述仅是常规计算方法,由于所选用材料及工艺的不同,有些数据应做相应的调整。
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