1、电源高频变压器的设计方法设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。设计目标：电源输入交流电压在 180V260V 之间，频率为 50Hz，输出电压为直流 5V、 14A，功率为 70W，电源工作频率为 30KHz。设计步骤：1、计算高频变压器初级峰值电流 Ipp由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会达到峰值，此值等于功率管的峰值电流。由电感的电流和电压关系 V=L*di/dt 可知：输入电压：Vin(min)=Lp*Ipp/Tc取 1/Tc=f/Dmax，则上式为：Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax
2、其中： V in ： 直流输入电压， VLp ： 高频变压器初级电感值，mHIpp ： 变压器初级峰值电流，ADmax： 最大工作周期系数f ： 电源工作频率，kHz在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：Pout=1/2*Lp*Ipp2*f将其与电感电压相除可得：Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f)由此可得：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)其中：Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流涟波及二极管压降)=232V ，取最大工作周期系数 Dmax=0.45。则：Ipp=
3、Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A当功率管导通时，集极要能承受此电流。2、求最小工作周期系数 Dmin在反馈式电流不连续电源中，工作周期系数的大小由输入电压决定。Dmin=Dmax/(1-Dmax)*k+Dmax其中：k=Vin(max)/Vin(min)Vin(max)=260V*1.4-0V(直流涟波)=364V，若允许 10%误差，Vin(max)=400V。Vin(min)=232V，若允许 7%误差，Vin(min)=216V。由此可得：k=Vin(max)/Vin(min)=400/216=1.85Dmin=Dmax/(1
4、-Dmax)*k+Dmax=0.45/(1-0.45)*1.85+0.45=0.31因此，当电源的输入直流电压在 216V400V 之间时，工作周期系数 D 介于 0.310.45 之间。3、计算高频变压器的初级电感值 LpLp=Vin(min)*Dmax/(Ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mH4、计算出绕组面积 Aw 和铁心有效面积 Ae 的乘积 Aw*Ae,选择铁心尺寸。如果我们只绕初级于线架上，则：Aw*Ae=(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax其中： d 为绝缘线的直径，Bmax 选择为 Bsat/2。在反馈式变压器中，如果初级占 30%
5、的绕组面积，则其余的 70%为次级和绝缘空间，因此，Aw*Ae 须再乘以3 倍，为了安全起见，我们将其提高为 4 倍。因此，Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax此式只是估算，最后铁心和线架的选择是可以改变的。假设选择绕组绕线的电流密度为 400c.m/A，则 400c.m/A*1.34A=536(c.m),我们参考美国线规（AWG），取NO.22AWG 导线，其值为 0.028IN。我们选择 TDK H7C1 材料的 E-E 型铁心，它在 100时，Bsat=3900G ，Bmax=Bsat/2=1950G，可得：Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*
6、108/Bmax=4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282)*108/1950=3.27cm4由 TDK 目录中可查得 EE42*42*15 的铁心和线架 Aw*Ae=1.83cm2*1.83cm2=3.33cm4，因此，我们选用此铁心。5、计算空气间隙长度 Lg在反馈式电源变压器中，磁通只在第一象限中变化，电流磁通量不会出现负值。为防止变压器饱和，可以采用大体积铁心或在磁通路径上使用空气间隙，为减少电源体积，我们采用间隙法，使磁滞回路变的平坦，在相同的直流偏压下可降低工作的磁通密度。在磁通路径上，空气间隙会产生较大的磁阻，因此，变压器所存储的大部分能量是在空气间隙中，空气间隙体
7、积为 Vg，长度为 Lg。由，1/2*Lp*Ipp2=1/2*Bmax*H*Vg*108Vg=Ae*Lgu0H=Bmax/(0.4*)u0 ：空气磁导率=1可得：Lg=0.4*Lp*Ipp2*108/(Bmax2*Ae)=0.4*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm因此，我们在 E-E 铁心中心柱分割 0.078cm 的间隙。6、计算变压器初级线圈 NpNp=Lp*Ipp*108/(Ae*Bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(T)7、计算变压器次级线圈 Ns在输入电压最小、工作周期最大时，计算变压器次级线圈 Ns。Vout+Vd=Vin(min)*Dmax/(1-Dmax)*Ns/Np （Vd 是整流管压降）Ns=Np*(Vp+Vd)*(1-Dmax)/(Vin(min)*Dmax)=90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)=2.84(T)取整数为 3 圈。电源输入电流为 14A，400c.m/A*14A=5600(c.m)，考虑到集肤效应和生产作业方便，我们采用 1400c.m，4 条线并联联使用， AWG NO：18 即可。高频变压器的设计方法很多，希望此例对大家有所帮助
