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如何设计正激式高频变压器？

2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】：正激式变换电路与反激式变换电路的变压器设计思想非常相近，不同的是正激式一次绕组匝数比反激式的多，正激式的占空比一般不得大于0.5，工作频率低于100kHz，这对高频变压器和功率开关管的工作来说有利。NCP1337正激式高频变压器的设计。

正激式变换电路与反激式变换电路的变压器设计思想非常相近，不同的是正激式一次绕组匝数比反激式的多，正激式的占空比一般不得大于0.5，工作频率低于100kHz，这对高频变压器和功率开关管的工作来说有利。白光LED驱动设计，必须了解LED的电气特性，保证每颗LED调光电流的稳定平衡。

NCP1337正激式高频变压器的设计。

输入：AC，85～265V，50Hz。

输出：DC，24V/2.5A。

（1）工作频率的确定

工作频率高，输出电压高，响应速度快，调整范围大，但是场效应晶体管、整流二极管以及变压器等发热高，损耗大，噪声大。现选用100kHz，电源效率取85%。工作周期为978-7-111-49915-2-Chapter03-22.jpg

（2）最大、最小占空比的计算

正激式、反激式等变换电源的最大、最小占空比与电源输入功率、变压器的匝比、电源效率及输入电压范围有关系，其计算公式上节已介绍。输出功率与变压器一次感应电压关系查表3-1。计算变压器匝比

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（3）计算最大导通时间ton（max）

ton（max）=DmaxT=0.522×10×10-6s=5.22μs

（4）选择磁心的工作区间磁感应强度ΔBac

正激式高频变压器的磁感应强度在100℃时为350mT，当工作频率为100kHz，其磁感应强度只能取60%的变化区间，这时的磁心磁感应强度ΔBac=350mT×0.6=210mT，实践证明这是一个稳定的工作区。

（5）输出输入功率的计算及磁心型号的选定

Po=Vo1Io1=24×2.5W=60W Pi=Po/η=60W/0.85=70.59W根据工作频率和输入功率由表2-3选用EE28，这时Ae=78mm2。

（6）计算变压器一次绕组匝数NP

磁心在居里温度下的磁感应强度的损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和残留损耗三种。磁滞损耗是磁铁每次磁化所消耗的能量；涡流损耗是交变磁场在磁心所产生的环流引起的欧姆损耗，它与材料体积有关系；残留损耗是由磁化延迟及磁矩共振所引起的损耗，它的损耗是次要的。在三种作用下磁心的磁感应强度ΔBac的计算方法为

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式中，ΔBac为工作在交流状态下的磁感应强度（mT）；VP为一次电路的直流脉冲电压（V），查表3-1，根据输出功率，VP=VBmax=281.03V；D为开关管的占空比，传递电能及所引起的磁化损耗，当D=0.349时，ton（min）=τD=10×10-6×0.349s=3.49μs；NP为一次绕组匝数；磁感应强度ΔBac=0.21T；Ae是磁心有效截面积，查表2-3，Ae=78mm2。由上式推导出：

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（7）计算变压器二次绕组匝数NS及反馈绕组匝数NF二次绕组电压VS及反馈线电压VF的计算

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式中，Vo1为输出电压，Vo1=24V；VL为滤波电感L2的压降，VL=0.4V；VDS是MOS管的源-漏极电压降，VDS=4V；VTR2是检测变压器TR2一次绕组压降，VTR2=0.6V。

上式为半波整流Vo=0.45VS，全波整流Vo=0.9VS，电解电容滤波后，Vo=1.4VS，半波整流Vo=0.7VS，所以VS=Vo/0.707，整流滤波VS=Vo/1.41。

VS=（24+0.4+4+0.6）V/0.71=40.85V

VF=（VFo+VD2+VR7+VT1）/0.71=（12+0.6+0.22+0.4）V/0.71=18.62V式中，VD2为整流二极管压降，取0.6V；VR7为限流平波电阻，VR7=22×10×10-3V=0.22V；VT1是硅管c-e压降，VT1=0.4V。

求各绕组匝数NS，NF

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（8）计算变压器一次电感量LP

变压器一次绕组电流IP=Pi/VBmin=70.59/138.2A=0.511A

变压器一次绕组最大电流IPM=IP/Dmin=0.511/0.349A=1.46A

LP=VBmaxton（min）/IPM=281.03×3.49/1.46μH=672μH

（9）计算变压器磁心气隙δδ=4π×10-7×N2PAe/LP=4×3.14×10-7×602×78/0.672mm=0.525mm

铁氧体磁心的导磁性是随着气隙的大小而变化的，有气隙时，磁场强度（H）明显增加，而剩余磁场强度Hr则明显减少，变压器工作在高频大电流环境下，剩磁的减少与防止出现磁饱和是有关的，为提高电源的稳定性起到很大作用。

变压器的绕制方法如图3-5所示，有关导线的规格见表3-2。

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图3-5 变压器的绕制方法

表3-2 AWG（美国线规）导线规格表

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（续）

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注：圆密耳是面积单位，即直径为1mil（1mil=0.001in=25.4×10-6m）的金属丝的截面积。

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