高频变压器匝数计算方法

如题所述

高频变压器匝数计算

L =(μ* S )/ l * N2

匝数公式的推导过程:

1.磁通量与磁通密度相关公式:

Ф = B * S  ⑴

B = H * μ  ⑵

H = I*N / l  ⑶

2.电感中反感应电动势与电流以及磁通之间相关关系式:

EL =⊿Ф / ⊿t * N  ⑷

EL = ⊿i / ⊿t * L  ⑸

由上面两个公式可以推出下面的公式:⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L 变形可得:N = ⊿i * L/⊿Ф

再由Ф = B * S 可得下式:N = ⊿i * L / ( B * S )  ⑹

且由⑸式直接变形可得:⊿i = EL * ⊿t / L  ⑺

联合⑴⑵⑶⑷同时可以推出如下算式:L =(μ* S )/ l * N2  ⑻

这说明在磁芯一定的情况下电感量与匝数的平方成正比(影响电感量的因素)

扩展资料:

线圈计算匝数的注意事项:

1、一个线圈的导线根数不一定就是匝数,只有并绕根数等于1时,一个线圈的导线根数才等于线圈的匝数。

有如下关系: 一个线圈的导线根数一并绕根数×匝数电机定子每槽中的导线数目是指在单层绕组中,每槽导线数等于匝数;在双层绕组中,每槽导线数是匝数的两倍即2x匝数。

2、计算初级线圈和次级线圈的匝数:

磁芯选择为EE-42(截面积1.76mm2)磁通密度为防治饱和取值为2500高斯也即0.25特斯拉, 这样由⑹式可得

初级电感的匝数为: N1= ⊿i * L / ( B * S ) = 2.87 * (0.558*10-3)/0.25*(1.76*10-4)

计算初级电感匝数: N1 ≌ 36 (匝)

同时可计算次级匝数:N2 ≌ 5 (匝)

参考资料来源:百度百科-匝数

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第1个回答  推荐于2017-10-04
1. 基本参数:
交流输入电压最小值 Umin
交流输入电压最大值Umax
电网频率Fa:50Hz 或60Hz
开关频率f:大于20kHz,常用50kHz~200kHz
输出电压Vo
输出功率Po
损耗分配系数Z:代表次级损耗与总损耗的比值,一般取0.5
电源效率k:一般取75~85%。低电压(5V 以下)输出时,效率可取75%,高压(12V 以上)输出,效率
可取85%;中等电压(5V 到12V 之间)输出,可选80%。
2. 确定输入滤波电容Cin:
对于宽范围交流输入(85~265Vac),C1/Po 的比例系数取2~3,即每输出1W 功率,对应3uF 电容量
对于 100V/115V 交流固定输入,C1/Po 的比例系数取2~3,即每输出1W 功率,对应3uF 电容量
对于 230V±35V 交流固定输入,C1/Po 的比例系数取1,即每输出1W 功率,对应1uF 电容量
若采用 100V/115V 交流倍压输入方式,需两只容量相同的电容串联,此时C1/Po 的比例系数取2
3. 直流输入电压最小值Vimin 的计算:
in
C
a
O
i kC
t
F
P
V u
⎟ ⎟⎠

⎜ ⎜⎝


= −
2
2 1
2 2
min min 其中:tc为整流桥的响应时间,一般为3ms
也可以由要求的直流输入电压最小值Vimin 来反推需要的输入滤波电容Cin 的精确值:
(2 )
2
2 1
2
min
2
min i
C
a
O
in k u V
t
F
P
C

⎟ ⎟⎠

⎜ ⎜⎝


=
4. 确定初级感应电压Vor:
对于宽范围交流输入(85~265Vac),初级感应电压Vor 取135V
对于100V/115V 交流固定输入,初级感应电压Vor 取60V
对于230V±35V 交流固定输入,初级感应电压Vor 取135V
5. 确定钳位二极管反向击穿电压Vb:
高温大电流下二极管钳位电压要高于标称值,所以选用 TVS 钳位电压Vb=1.5Vor
对于宽范围交流输入(85~265Vac),钳位二极管反向击穿电压Vb 取200V
对于100V/115V 交流固定输入,钳位二极管反向击穿电压Vb 取90V
对于230V±35V 交流固定输入,钳位二极管反向击穿电压Vb 取200V
当功率开关管关断而次级电路处于导通状态时,次级电压会感应到初级上,感应电压Vor 就与Vi 叠加后加
到开关管漏极上,与此同时初级漏感也释放能量,并在开关管漏极上产生尖峰电压VL。必须给初级增加钳
位保护电路来吸收尖峰电压的瞬间能量,使Vi+Vor+VL 低于开关管漏源的击穿电压Vdsbr。
有经验公式:最大漏源击穿电压 Vdmax>Vimax+1.4x1.5Vor+20V
6. 确定最大占空比Dmax:典型值为67%,在输入电压最小值Umin 时得到
100%
min
max X
V V V
V
D
or i dson
or
+ −
= 其中:Vdson 为开关管漏源导通电压
7. 选取初级纹波电流Ir 与初级峰值电流Ip 的比值Krp:
Krp 是表征开关电源工作模式的重要参数:Krp 的取值范围0~1
Krp=1:Ir=Ip,电流从0 开始上升到峰值Ip,再迅速降到0,为不连续工作模式,存储在高频变压器中的能
量在每个开关周期内都要完全释放掉。
Krp<1:Ir<Ip,电流从一定幅度开始上升到峰值Ip,然后又迅速回0,为连续工作模式,存储在高频变压器
中的能量在每个开关周期内不能完全释放掉。
Krp=0:Ir=0,为理论上的极端连续模式,此时初级电感量Lp 为无穷大,初级开关电流为矩形。
Krp 较小,意味着更为连续的工作模式和较大的初级电感量,且初级的Ip 和Irms 值较小,此时可选用较
小功率的MOSFET,但要用较大尺寸的高频变压器;Krp 较大,表示连续度较差,此时须采用较大功率
的MOSFET,但可配尺寸较小的高频变压器。在输入电压和输出功率相同时,连续模式的初级电感量大约
是不连续模式的4 倍。设计成连续模式,初级电路中的交流成分要比不连续模式少,可减小MOSFET 和
高频变压器的损耗,提高电源效率。
对于宽范围交流输入(85~265Vac),Krp 最小值(连续模式)0.4,最大值(不连续模式)1.0
对于100V/115V 交流固定输入,Krp 最小值(连续模式)0.4,最大值(不连续模式)1.0
对于230V±35V 交流固定输入,Krp 最小值(连续模式)0.6,最大值(不连续模式)1.0
一般可从连续模式时的最小值选起,在迭代计算过程中逐渐增大Krp 值,但不能超过最大值。
8. 计算初级波形的参数:
输入电流的平均值 Iavg:
imin
O
avg kV
P
I =
初级峰值电流 Ip:
(2 )
2
(1 0.5 ) max imin max rp
O
rp
avg
p V D k K
P
K D
I
I
• • −
=
− •
=
初级纹波电流 Ir: Ir=KrpIp
初级有效值电流Irms: ⎟



⎜ ⎜


= − +1
3
2
max rp
rp
rms p K
K
I I D
9. 根据 Ip 选择适合的MOSFET 或内置MOSFET 的芯片:
极限电流最小值 Ilimint 应满足: 0.9Ilimit>Ip
这是因为高温时极限电流最小值会减小10%,为使器件有更高的可靠工作范围而留余量。
10. 计算功率开关管结温Tj:
( ) 25
2
1 2
max
2 • + ⎥⎦

⎢⎣
= ⎡ • + • + j rms dson xt i or ta T I R C V V f R
其中:Rta 为结到器件表面的热阻
Cxt 是漏极电路结点的等效电容,即高频变压器初级绕组的分布电容,带Cxt 的乘积项代表当交流输入电压
较高时,由于Cxt 在每个开关周期开始时泄放电荷而引起的开关损耗,用Pcxt 表示
在计算时发现 Tj>100℃,就要选用功率较大的MOSFET 或带MOSFET 的芯片
11. 验算 Ip:
Ip=0.9Ilimit
输入新的Krp 值,从最小值开始迭代,直到Krp=1.0,检查Ip 值是否符合要求
12. 计算高频变压器的初级电感量Lp(uH):一般Z 取0.5,k=0.8
k
Z k k
f
K
I K
L P
rp
p rp
O
p
− +

⎟ ⎟⎠

⎜ ⎜⎝

• −
= (1 )
2
1
10
2
6
13. 选择磁芯骨架等相关参数:依据功率选择适合的磁芯
高频变压器的最大承受功率Pm与磁芯截面积Sj(cm2)之间的关系: j m S = 0.15 P
依据计算出的磁芯截面积 Sj(cm2),通过查找磁芯的规格书来选择最适合的磁芯,一般可按下表:
输 出 功 率 范
围Po(W)
常规漆包线绕制的铁氧体磁芯型号 三重绝缘线绕制的铁氧体磁芯型号
0~10 EE20 EF20 EEL16/EEL19 EPC25 EPD25 EE16/EE19 EI16/EI19 EFD15 EF16 EPC17
10~20 EE22 EE25 EEL19 EPC25 EPD25 EE19/EE20 EI19/EI22 EPC19 EF20 EPD20
20~30 EE28/EE30 EI30 EF30 EFD30 EPC30 EER28 ETD29 EE24/EE25 EI25/EI28 EF25 EFD25 EPC25
30~50 EE30/EE35 EER28/EER28L/EER35 EI30 ETD29 EI28/EI30 EF30 EER28 ETD29
50~70 EE40 ETD34/ETD39 EER35 EE35 EI35 EER35 ETD34
70~100 EE40/EE45 ETD39 EER40 EE40 EI40 ETD34 EER35
(磁芯的规格书见附表,也可查相关磁芯厂家的产品规格书)
小型化开关电源可选低成本的EE 或EI 型(二者截面积相同)磁芯;多路输出宜采用EFD 型磁芯,因为
能提供较大的窗口以便容纳多个次级绕组;大功率开关电源适配ETD 型(圆中心柱)磁芯;一般不用环
形、POT、RM(罐形)磁芯,因为泄漏磁场较大。
选定磁芯后,查出磁芯以下参数,用于下面的计算:
磁芯有效截面积 Sj(cm2),即有效磁通面积
磁芯的有效磁路长度 L(cm)
磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感 Al(uH/匝2)
骨架宽度 b(mm)
14. 计算次级绕组匝数Ns:
对于宽范围交流输入(85~265Vac)和230V±35V 交流固定输入,Kns 取0.6
对于100V/115V 交流固定输入,Kns 取1
Ns=(Vo+Vf1)Kns 取大整数其中:Vf1 为输出二极管的正向压降
取硅二极管的正向压降为 0.7V,肖特基二极管正向压降为0.4V
15. 选取初级层数d:
为减小漏感,初级层数一般取 d=2,在计算过程中也保证1<d<2,否则要用包裹次级的绕法
16. 计算次级绕组匝数Np:
O f 1
or
p S V V
N N V
+
= • 取大整数
17. 计算每伏匝数:在多路输出时需要计算此值,便于计算其他几路的匝数
1 1
0
O f
S
V V
n N
+
= 其中:Ns 为此路匝数,Vo1 为此路输出电压,Vf1 为此路整流管导通压降
18. 计算其他各路输出的匝数:在多路输出时需要计算出每路输出的匝数
( ) Si 0 Oi fi N = n V +V
19. 计算反馈绕组匝数Nf:Vfb 为反馈绕组需要的输出电压,Vf2 为反馈回路整流二极管的正向压降
1
2
O f
fb f
f S V V
V V
N N
+
+
= •
20. 计算有效骨架宽度be(mm):骨架宽度为b,安全边距M
be=d(b-2M)
对于宽范围交流输入(85~265Vac)和230V±35V 交流固定输入,M=3mm
对于100V/115V 交流固定输入,M=1.5mm
使用三重绝缘线时,M=0
计算初级导线的外径(带绝缘层)Dpm: Dpm=be/Np
21. 计算并验证初级导线的电流密度J:J=(4~10)A/mm2
2 2 2
1.28
25.4
1000
4
1.27
1980
pm
rms
rms
pm D
I
I
D
J =
⎟⎠

⎜⎝
• ⎛
=
π
若 J>10A/mm2,应选较粗的导线并配较大尺寸的磁芯和骨架,以使J<10A/mm2
若J<4A/mm2,宜选用较细的导线和较小的磁芯骨架,以使J>4A/mm2,也可适当增加Np 的匝数
若符合 4A/mm2<J<10A/mm2,则在线规表中选用接近的较大直径线规
22. 计算并验证磁芯中的最大磁通密度Bm:
p j
p p
N S
I L
J
100
=
若 Bm>0.3T,则需增加磁芯的很截面积或增加初级匝数,使Bm 在0.2~0.3T 之间
若 Bm<0.2T,就应选择尺寸较小的磁芯或者减小Np 值
23. 计算磁芯的气隙宽度t:单位mm,不留间隙时的等效电感Al=2.4uH/匝匝
⎟ ⎟


⎜ ⎜


= −
p l
p
j L A
N
t S
1000
1
1000
40
2
π
气隙应加在磁芯的磁路中心处,且大于 0.051mm,若小于此值,需增大磁芯尺寸或增加Np
气隙在0.2~0.4 之间最佳,气隙过大会使漏感增加,造成开关管漏极上的尖峰电压VL 过高
试制时可逐渐增大气隙,安装上线圈测初级电感和漏感,漏感要小于 3%Lp,达到要求后定型
24. 计算留有气隙时磁芯的等效电感Alg:单位uH/ 匝匝
lg 2
p
p
N
L
A =
25. 确定次级参数:这是对单路输出的计算
次级峰值电流: p
S
p
sp p I
N
N
I = nI = •
次级有效电流: ⎟



⎜ ⎜


= − • − +1
3
(1 )
2
max rp
rp
srms SP K
K
I I D
输出滤波电容上的纹波电流: 2 2
r1 srms O I = I − I
次级导线最小直径:
J
I
J
D I srms srms
sm 1.13
1000
1980 2.54
1.27
4 = • • =
π
其中:J=5.18A/mm2
当Dsm>0.4mm 时,应采用0.4mm 双线并绕。双线并绕可改善趋肤效应,减小漏感。
次级导线最大外径(带绝缘层)为:
S
sm N
D b 2M
max

=
对于多路输出时,也依照上面参数和公式分别计算出每路的峰值电流、有效电流、线径
26. 计算次级整流管的最高反向峰值电压:对多路输出要算出每路的整流管反向峰值电压
p
S
brs O i N
V = V +V • N max
27.本回答被提问者采纳
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