开关电源变压器是高频开关电源的元件。其作用为:磁能转换、电压变换和绝缘隔离。开关变压器性能的好坏不仅影响变压器本身的发热和效率,而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。高频开关变压器的设计主要包括两部分:绕组设计及磁芯设计。本文将对应用在高频下的单端正激变压器的设计方法及磁芯的选择给出较为详细的论述。
1 单端正激变压器原理
单端正激变压器的原理图如图1所示。
2 变压器磁芯的选用原则
高频开关电源中的变压器从性能价格比考虑,MnZn功率铁氧体材料是的选择。应用于高频开关电源变压器中的铁氧体应具有以下磁特性:高饱和磁通密度或高的振幅磁导率,在工作频率范围有低的磁芯总损耗,较低的温度系数,较高的居里温度。
磁芯损耗Pc主要由磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe(包括剩余损耗Pr)组成,即:
3 单端正激变压器的设计步骤
(1)了解变压器的各项指标要求;
(2)选取磁芯材质确定△B值;
(3)计算磁芯的AP值,确定磁芯型号规格;
(4)计算初次级绕线匝数;
(5)计算线径dw。
4 设计举例
(1) 变压器相关参数
INPUT:DC,48 V,50 W;
工作频率:100 kHz;
传输效率:75%;
OUTPUT:5 V;
风冷散热:J=400A/cm2。
(2) 根据变压器对铁氧体磁芯高Bs、低功耗的要求、可选用TDK的PC40,PC44,PC50或飞利浦的3F3,3F4材料。综合考虑性价比因素,选用TDK的PC40材质。因为罐型磁芯具有较好的屏蔽,有利于解决EMI中的棘手问题--辐射,所以磁芯形状选用罐型。同时不能使局部温度太高,必须均衡放置发热元件.另外还要求较低的纹波和较高的效率,所有这些考虑使得采用正激式比较合适。
将△B=0.25 T,f=105 Hz,J=400 A/cm2代入上式得:
查阅有关AWG导线规格可用AWG19线,其Axp=0.65 mm2。副边绕组:
副边绕组截面积Ss:
导线直径 ;
rp:并联根数取2;
将数据代人得:dws=0.77 mm;
查阅有关AWG导线规格可用AWG21,其d=0.785mm.
5 结 语
变压器磁芯的△B的取值对磁芯体积、损耗工作稳定性都有直接影响,导线的电流密度取值受磁芯AP值限制,决定于散热方式。化设计应同时考虑体积、温升、成本因素来确定。
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