开关电源中变压器及电感设计2

分析高压大功率平面变压器和电感器的优化设计摘要：平面变压器是一种新兴的开关电源产品，其设计合理性能够直接影响到开关电源产品的大小、成本和性能，鉴于此，要想使其在一些大功率开关电源设备中发挥出最大的利用价值，关键任务就是要对当前结构设计较为复杂的大功率平面变压器和电感器进行全面的优化与完善。

本文也会通过相应的仿真模型，来对两者的优化设计进行着重分析，并提出合理的意见和建议，以便有关人士参考。

关键词：平面变压器；电感器；优化设计要点；研究分析前言目前，在高压大功率场合中，大功率平面变压器一般都会根据拓扑电路进行单独设计，而一般的设计方法仅仅是满足电路能正常工作，并不是性价比高的设计，鉴于此，要想改善现状，使大功率平面变压器在高压大功率开关领域中得到更好的应用与发展，当务之急就是要对平面变压器和电压器的结构设计进行全面的优化。

1.高压大功率平面变压器的热仿真及优化设计分析通常，判断平面变压器的设计是否合理，关键任务就是要看其温升是否合理，即变压器的工作温度是否为最佳工作温度。

鉴于此，在对高压大功率平面变压器进行优化设计时，就要采用AnsysWorkbench热仿真软件对平面变压器进行热仿真分析，在这一环节中，首先要根据变压器实物构建一个热仿真模型，如图一所示。

并在模型中输入相应的模型参数，如材料参数、环境参数等，同时还要利用有限元的方法对这些参数进行计算，这样才能在后处理结果中获得变压器的温度参数。

从最终仿真结果来看，平面变压器的绕组温升较低，而磁芯的温升较高，这证明变压器在运行过程中，会产生较大的磁芯损耗。

另外，为了准确计算出变压器的热阻值，还要在热仿真模型中分别将磁芯损耗和绕组损耗设置成唯一的热源，这样能根据模型求解出变压器的热阻值，即根据模型求解结果显示，当变压器在运行期间磁芯温度和绕组温度都高于标准值时，就会产生单磁芯损耗问题；另外，若变压器在工作状态下，仅绕组温度较高，而磁芯温度正常时，会产生单绕组损耗问题，鉴于上述情况，要想得以改善，就要结合热电相似原理，将最大温升带入到热模型中，来对模型中各部分热阻进行计算。

正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解高频变压器作为电源电子设备中的重要组成部分，起到了将输入电压进行变换的作用。

根据不同的使用环境和要求，电源电路中的电感元件可分为正激式、反激式和双端开关电源。

下面就分别对这三种电源的高频变压器设计进行详解。

1.正激式电源变压器设计正激式电源变压器是将输入电压通过矩形波进行激励的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈和副磁线圈两部分，主磁线圈用来耦合能量，副磁线圈用来提供输出电压。

正激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

2.反激式电源变压器设计反激式电源变压器是通过反馈控制来实现变压的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈、副磁线圈和反馈元件等。

反激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

(7)选择合适的反馈元件：根据反馈控制的需要来选择合适的反馈元件，并设计合适的反馈回路。

开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。

它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。

本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。

2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。

以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。

该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。

2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。

整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。

3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。

电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。

4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。

这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。

调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。

5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。

3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。

输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。

3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。

根据实际需求选择最适合的拓扑结构。

3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。

3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。

开关电源中变压器及电感设计1开关电源中变压器及电感设计1一、变压器设计1.根据电源输出需求确定变压器的额定功率和工作频率。

2.计算变压器的变比。

变压器的变比决定了输入电压和输出电压之间的关系。

通常变压器的变比为输入和输出电压之比的倒数，即输出电压/输入电压。

3.根据变比计算次级匝数。

变压器的次级匝数等于输入匝数乘以变比。

4.根据次级匝数计算主绕组匝数。

主绕组匝数等于次级匝数除以变比。

5.计算主绕组和次级绕组的截面积。

主绕组的截面积一般比次级绕组大，以满足输送更大电流。

6.计算铁芯截面积。

铁芯截面积的大小关系到变压器的能量传输效率，一般选择铁芯截面积略大于主绕组的截面积。

7.选择合适的铁芯材料和线材材料。

铁芯材料的导磁性能和线材材料的电阻等参数会影响变压器的损耗和效率。

8.进行变压器的相关参数计算和模拟。

可以使用相关软件进行变压器参数的计算和仿真，以评估变压器的性能。

9.制作变压器的绕组和组装。

根据计算结果进行绕线并组装变压器。

10.进行变压器的测试和调整。

使用仪器测试变压器的性能，并根据测试结果调整变压器的参数，以满足设计要求。

二、电感设计1.根据电源输出需求确定电感的额定电流和工作频率。

2.根据电感的额定电流和工作频率计算电感的感值。

电感的感值和额定电流和工作频率之间有一定的关系，可以根据公式进行计算。

3.根据感值计算电感的绕组数。

电感的绕组数决定了电感的电流走向和电感的大小。

4.选择合适的磁芯和线材材料。

合适的磁芯材料和线材材料会影响电感的损耗和效率。

5.进行电感的相关参数计算和模拟。

可以使用相关软件进行电感参数的计算和仿真，以评估电感的性能。

6.制作电感的绕组和组装。

根据计算结果进行绕线并组装电感。

7.进行电感的测试和调整。

使用仪器测试电感的性能，并根据测试结果调整电感的参数，以满足设计要求。

总结：变压器和电感的设计是开关电源设计中关键的一环，直接影响到电源的性能和稳定性。

在设计过程中，需根据电源输出需求确定额定功率和工作频率，并计算变压器和电感的相关参数。

反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算
1、电感量的定义
电感量是指电感器或电导器在通过一定电流和时间时所产生的能量，
电感量的单位是henry（H）。

电感量与时间，电流的方向和线圈的半径
有关，由电流在时间与空间上变化引起的电势及电动势能量，也就是电感量，它又分为自感量和互感量。

电感量计算即计算线圈的自感量和互感量。

（1）自感量L的计算
自感量线圈电感器中的自感量L，根据定义可得：L=A/μH，其中A
为线圈的截面积，μH为线圈的磁导率。

（2）互感量M的计算
互感量互感量M是指两个线圈在同一磁场中，当一个线圈通过电流时，另一个线圈中电流的变化情况，可以表示为M=Ph/I，其中Ph为两个线圈
间情况下，另一个线圈的电流变化量，I为传导线圈中自身的电流量。

二、反激式开关电源变压器初级线圈的电感量计算
1、反激式开关电源变压器的原理
反激式开关电源变压器主要由变压器主线圈、变压器辅线圈、转换晶
闸管及控制线路组成，介绍其工作原理：可以把变压器主线圈看作是一个
可变电感，其他组件中有一个晶闸管，可以实现节流、节能，当晶闸管关
断时，变压器主线圈中磁路断开，电感量突然变小，由此产生一个脉冲。

反激开关电源的工作原理变压器电感计算反激开关电源是一种常见且广泛应用的电源设计，其工作原理涉及到变压器和电感的计算。

在了解反激开关电源的工作原理以及如何计算变压器和电感参数之前，首先我们需要了解反激开关电源的基本结构和工作原理。

反激开关电源由输入滤波电路、整流电路、能量存储元件、PWM控制电路和输出稳压电路等部分组成。

其中，能量存储元件通常采用电感元件，用于存储能量并实现电压转换。

PWM控制电路通过控制开关管的通断来调节输出电压，从而实现稳定的输出电压。

在反激开关电源的工作过程中，输入电压首先经过输入滤波电路进行滤波处理，然后经过整流电路转换为脉冲电压输入到能量存储元件中。

能量存储元件中的电感在输入信号变化时会存储和释放能量，从而实现电压转换。

PWM控制电路会根据输出电压的反馈信号来控制开关管的通断，调节输入到变压器的信号，从而实现稳定的输出电压。

在设计反激开关电源时，变压器和电感的参数计算是至关重要的。

变压器的参数包括匝数、芯型、匝比等，而电感的参数则包括电感值、电流波形等。

在计算变压器的参数时，需要根据输入输出电压、电流等参数来确定变压器的匝数和匝比，以及芯型的选择。

在计算电感参数时，则需要考虑电感值的大小以及电流波形对电感的影响。

需要注意的是，在进行变压器和电感的参数计算时，要考虑电路的效率、功率损耗以及工作频率等因素，以确保电源设计的稳定性和可靠性。

此外，还需要注意防止电磁干扰和电磁兼容性问题，以满足相关的电磁兼容标准要求。

综上所述，反激开关电源是一种常见的电源设计，在设计过程中需要充分理解其工作原理和计算变压器、电感等参数。

通过合理设计和计算，可以实现电源设计的稳定性和高效性，满足不同应用场景的需求。

1。

反激式开关电源变压器设计反激式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构，具有体积小、效率高、负载适应性强等优点，因此在电子设备中得到广泛应用。

其中重要的组成部分之一是变压器，它起到了转换与隔离功效。

下面将详细介绍如何设计反激式开关电源变压器。

首先，设计反激式开关电源变压器需要确定的参数包括输入电压Vin，输出电压Vout，输出功率Pout，开关频率f，以及变压器变比n。

1.确定变压器的基本参数根据输出功率Pout和输出电压Vout，可以求得输出电流Iout，即Iout=Pout/Vout。

根据变比n，可以求得输入电流Iin，即Iin=Iout/n。

2.计算变压器的工作点电流为了保证变压器工作的稳定性和可靠性，需要计算变压器的工作点电流。

工作点电流最大值的计算公式是Ipk=(1.1-1.2)*Iin，其中1.1-1.2是一个经验系数。

通过计算得到的Ipk，可以计算得到变压器的直流电压Vdc，即Vdc=Vin*(1-1/n)。

3.计算变压器的直流电感为了保证变压器的工作效率和响应速度，需要计算变压器的直流电感。

直流电感的公式是L=Vdc/(f*(1-δ)*Ipk)，其中f是开关频率，δ是开关管的占空比。

选择合适的直流电感可以有效降低功率损失。

4.计算变压器的绕组匝数根据变压器的变比n，可以计算得到变压器的绕组匝数。

若变压器的输入绕组匝数是N1，输出绕组匝数是N2，则变比n=N1/N2、根据变比n 和输入电压Vin，可以计算得到输出电压Vout，即Vout=Vin/n。

5.计算变压器的铜损耗和铁损耗变压器的铜损耗和铁损耗是设计中重要的参考因素。

铜损耗的公式是Pcu=Iin^2*R，其中Iin是输入电流，R是变压器的电阻。

铁损耗是根据变压器的磁通密度和磁场强度来计算的。

6.选择合适的变压器尺寸和材料根据以上计算的结果，可以选择适当的变压器尺寸和材料。

变压器的尺寸和材料直接影响着反激式开关电源的体积和效果，需要根据实际需求和设计要求进行选择。

开关电源中变压器的设计开关电源为电子设备提供稳定的功率输出，它的性能好坏直接决定了电子产品的质量，而这种电源性能乂与变压器设计优劣密切相关。

可以说变压器在开关电源中占据着关键作用，决定着电路的关键技术参数指标及工作状态，因此对于大多数电源而言，电源的设计归根结底就是变压器的设计。

开关电源属于一种高频供电系统，频率高必然使变压器体积降低，传递的能量密度升高，温升变大; 同时在高频环境下，变压器绕线中的寄生电容很容易与电路中的电感发生谐振, 产生噪音，恶化电源的电磁兼容性能。

但是在磁性元件没有重大的技术突破之前, 这些问题始终会存在，因此我们只能通过其它的方式来对变压器进行优化，从而提高开关电源的整体性能。

1开关电源变压器的设计步骤变压器是开关电源的核心，它直接决定了一个电源的技术指标，因此变压器的设计至关重要。

本文以反激式开关电源为例对变压器进行分析。

在设计一个开关变压器之前，要通过理论分析计算出原副边匝数、反馈绕组匝数、原边电感量、磁芯的Ap值、绕组线径大小，要注意的是计算出来的数据仅仅是参考，不能脱离实际。

当这些关键参数都被大致确定后，就可以进行变压器的实际设计了。

本论文就第4. 3章节中的基于SE8510的LED电源进行变压器设计，通过计算得出原边匝数为54,原边绕组线径为0. 5mm,副边匝数为50, 副边线圈线径为0.4mm,原边电感量为0. 58mH0磁芯Ap值为0. 2593cm4,1.1.磁芯选择开关变压器的磁芯体积大小与功率成正比，因此功率越大变压器体积越大。

在用Ap法选择磁芯时要同时兼顾电路的工作频率、PCB的布线形状、环境温度和允许的温升等应用情况，AP法公式如下：(450x0.3 xBgx )根据公式(1. 1)计算出Ap值为0. 2593cm1,查表选择EFD25磁芯，EFD25 的Ap 值为0.3938cm,，这样可以保证一定的裕量，降低电路损耗。

1.2骨架线圈绕制磁芯选择好以后，根据相应的骨架幅宽及绕组线径大小确定合适的匝数，遵循的原则就是让每一层的绕线占满整个幅宽，如图6.1为变压器骨架侧视图。