开关电源高频变压器AP法计算方法

变压器功率传递能力和面积乘积的关系可按以下求得。

变压器设计师常用电磁感应的法拉第定律来描述：
E=Kf*Bm*Ac*N*F*1041-1
常数Kf 正弦波工作时取4.44，方波时取4
将1-1式转换一下得下式：
E*104
1-2Kf*Bm*F
按定义，窗口利用系数为：N*Aw 1-3
Wa
将上式改写为Ku*Wa
1-4 Aw 若上式两边都乘以Ac,那么：Ku*Wa*Ac
1-5
Aw 将1-5代入1-2式，可改写为：Ku*Wa*Ac
E*1041-6 Aw
Kf*Bm*F
求解WaAc 得：
E*Aw*104
Kf*Bm*F*Ku 1-7按定义，电流密度J 可以A/CM 2描述，因此可表达为： I Aw 1-8
移项，改写为： I 1-9 J
改写1-7式得：
E*Aw=Kf*Bm*F*Ku*Wa*Ac*104
1-10
将1-9式代入上式 Wa*Ac= J= Aw= N*AC= Ku= N= N*Ac=
EI
1-11
J
因为变压器输入功率定义为： Po 1-12
η
=E*I
所以：1-13 EI Pin Po
J J J η所以：
WaAc 总=WaAc 初+WaAc 次
Po*104
J η
Po*10
41
1-14 J*Kf*Bm*F*Ku η
又因为：
Po
1-15η所以：
Pt*10
4 J*Kf*Bm*F*Ku
Pt*104
1-16 Kf* F*Bm*J*Ku E*Aw= Pt=Po
WaAc= AP == WaAc= Pin=E*Aw = =。

开关电源高频变压器AP法计算方法开关电源的高频变压器在设计和计算时，常采用AP法（Amplitude and Phase Method），即幅相法。

该方法可以使计算过程更简洁，且准确度较高。

以下是使用AP法计算开关电源高频变压器的方法及步骤。

1.确定设计要求：- 输入电压：Vin- 输出电压：Vout- 输出功率：Pout- 输入频率：Fin- 输出频率：Fout-漏感相对占空比：D-反馈变压器线匝比：Np/Ns2.计算输出电流：输出电流Iout = Pout / Vout3.计算输入电流：输入电流Iin = Pout / Vin4.计算变压器线圈匝数：输入线圈匝数Np = Ns * Vin / Vout5.设计漏感：选择适当的漏感系数k，一般为0.3到1之间。

漏感Lp = k * (Np)^2 / Fin6.计算变压器参考电流：变压器参考电流Ir = Iout * Vin / Vout7.计算变压器参考电压：变压器参考电压Ur = Vout * (1 - D) * (Ns / Np)8.计算变压器的磁链：变压器的磁链Br = Ur / (Fout * A)其中，A为变压器的有效截面积，可根据铁心截面积和线圈层数来计算。

9.根据设计选取合适的磁芯材料：根据计算得到的磁链值Br，选择合适的磁芯材料，常见的磁芯材料有硅钢片、氧化锌和磁性体等。

10.计算变压器的磁芯截面积：由所选磁芯材料的B-H曲线，可以得到磁芯的饱和磁感应强度Bs，通过Ur和Fout的大小关系判断是否选择合适的磁芯尺寸。

11.计算变压器的线圈电流密度：线圈电流密度Jc=Ir/Ap其中，Ap为变压器的有效截面积。

12.计算变压器的线圈匝数：输出线圈匝数Ns = Ap * Jc / (2 * Iout)13.计算输入电压的有效值：输入电压的有效值Vin_rms = Vin / sqrt(2)14.计算输入电流的有效值：输入电流的有效值Iin_rms = Iin / sqrt(2)15.计算变压器的有效值电流密度：有效值电流密度J_rms = Iin_rms / Ap16.计算输入线圈匝数：输入线圈匝数Np = Ap * J_rms / (2 * Iin_rms)17.验证设计结果：使用计算得到的变压器参数进行实际设计和模拟验证，根据设计要求进行调整。

设计实例:要求：输入AC 220V±10%效率：80%工作频率 40KHZ输出电压 62V 电流：2A辅助绕组电压：20V/0.1A最大占空比： 0.48一.计算最小直流电压和最大直流电压Emin=220*0.9*1.1=218VEmax=220*1.1*1.4=339V二.计算输入功率和视在功率Pin==Po/η=62*2/0.8=155WPt=Po/η+Po=155+124=279w三.计算AP 值选择磁芯Pin*10²2*F*Bm*J*Ku*Ki279*10²2*40*103*0.15*4*0.4*1== 1.45选择PQ32/30磁芯Ae=1.6Aw=0.994Ap=1.6*0.994=1.59结果大于计算的值，符合要求。

材质选用PC40型。

四.计算初级电流峰值和有效值设定电路工作在连续模式，根据输入电压的范围取Krp 为0.6 2Pin Emin*Dmax*（2-Krp) 2*155 218*0.48*（2-0.6)= 2.1AIrms =Ip* Dmax*(Krp²/3-Krp+1)=2.1* 0.48*（0.6²/3-0.6+1)=1.05A五.计算初级电感量连续模式 Emin*Dmax Ip1 =Ip2(1-Krp) F*(Ip2-Ip1) =2.1*(1-0.6)=0.84 218*0.48 40*103*(2.1-0.84) =2.076mH 断续模式 Emin²*Dmax² 2*Pin*F 218²*0.48² 2*155*40*103=883.0uHAP ==Aw*Ac== ==Ip = = Lp ==Lp==六.计算初级、次级、反馈绕组的圈数 Dmax Upmin 计算变压比：n=1-Dmax Up2 =0.482181-0.4862= 3.2454初级圈数 Emax*104 4*F*Bm*Ae339*1044*40*103*0.15*1.61=87.7TS 取整数88TS 次级圈数 Np Np*(1-Dmax)*Us1n Upmin* Dmax= Np 88n 3.2454=27TS反馈圈数Np*(1-Dmax)*Us1 Upmin* Dmax=8.7TS 取9TS 八.核算临界电感量（H ）T2Pin 2 0.000025 2*155=882.8uH计算出的结果和断续模式的电感一致。

开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总MOSFET开关管工作的最大占空比Dmax：式中：Vor为副边折射到原边的反射电压，当输入为AC 220V时反射电压为135V；VminDC为整流后的最低直流电压；VDS为MOSFET功率管导通时D与S极间电压，一般取10V。

变压器原边绕组电流峰值IPK为:式中：η为变压器的转换效率；Po为输出额定功率，单位为W。

变压器原边电感量LP:式中：Ts为开关管的周期(s)；LP单位为H。

变压器的气隙lg:式中：Ae为磁芯的有效截面积(cm2)；△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T)；Lp单位取H，IPK单位取A，lg单位为mm。

变压器磁芯反激式变换器功率通常较小，一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯，其功率容量AP为式中：AQ为磁芯窗口面积，单位为cm2；Ae为磁芯的有效截面积，单位为cm2；Po是变压器的标称输出功率，单位为W；fs为开关管的开关频率；Bm为磁芯最大磁感应强度，单位为T；δ为线圈导线的电流密度，通常取200～300A/cm2，η是变压器的转换效率；Km为窗口填充系数，一般为0.2~0.4；KC为磁芯的填充系数，对于铁氧体为1.0。

根据求得的AP值选择余量稍大的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减少漏感。

变压器原边匝数NP:式中：△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T)，Ae单位为cm2，Ts 单位为s。

变压器副边匝数Ns:式中：VD为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。

功率开关管的选择开关管的最小电压应力UDS一般选择DS间击穿电压应比式(9)计算值稍大的MOSFET功率管。

绕组电阻值R：式中：MUT为平均每匝导线长度(cm)； N为导线匝数；为20℃时导线每cm的电阻值(μΩ)。

绕组铜耗PCU为：原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值R的公式求出，当求原边绕组铜耗时，电流用原边峰值电流IPK来计算;求副边绕组铜耗时，电流用输出电流Io来计算。

专业高频变压器设计计算公式大全要求：输入AC 220V±10% 效率：80%工作频率40KHZ输出电压62V 电流：2A辅助绕组电压：20V/0.1A最大占空比：0.48一.计算最小直流电压和最大直流电压Emin=220*0.9*1.1=218VEmax=220*1.1*1.4=339V二.计算输入功率和视在功率Pin==Po/η=62*2/0.8=155WPt=Po/η+Po=155+124=279w三.计算AP值选择磁芯AP == Aw*Ac==Pin*10²2*F*Bm*J*Ku*Ki== 279*10²2*40*103* 0.15*4*0.4 *1== 1.45选择PQ32/30磁芯Ae=1.6 Aw=0.994Ap=1.6*0.994=1.59结果大于计算的值，符合要求。

材质选用PC40型。

四.计算初级电流峰值和有效值设定电路工作在连续模式，根据输入电压的范围取Krp为0.6Ip =2PinEmin*Dmax*（2-Krp)= 2*155218*0.48*（2-0.6)= 2.1AIrms =Ip*Dmax*(Krp²/3-Krp+1)=2.1*0.48*（0.6²/3-0.6+1)= 1.05A五.计算初级电感量连续模式Lp = Emin*DmaxIp1=Ip2(1-Krp) F*(Ip2-Ip1)=2.1*(1-0.6)=0.84=218*0.4840*103*(2. 1-0.84)= 2.076mH断续模式Lp= Emin²*Dm ax²2*Pin*F=218²*0.48²2*155*40*103= 883.0uH六.计算初级、次级、反馈绕组的圈数DmaxUpmin 计算变压比：n=1-Dmax Up2=0.48218 1-0.48 62= 3.2454初级圈数Np=Emax*1044*F*Bm*Ae=339*1044*40*103*0.15*1.61= 87.7TS 取整数88TS次级圈数Ns1= Np Np*(1-Dmax)*Us1nUpmin*Dmax Np 88n 3.2454 = 27TS反馈圈数Nf= Np*(1-Dm ax)*Us1 Upmin* Dmax= 8.7TS 取9TS八.核算临界电感量（H）Lmin=Ein* nV 。

基于ap法选择高频变压器磁芯的公式推导及验证下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!一、引言随着电子产品的普及，高频变压器在电源、通信和成像等领域中得到了广泛的应用。

当然本人公布的这些公式也不能说100%与实际毫无偏差.电子变压器体积大小的确定受功率、温升、效率、电流密度等值的制约,不同的工作条件可能会产生不同实际效果,而理论假设的值并不可能是实际的工作值,所以误差再说所难免.我们所要做的就是尽可能接近事实.好的,闲话少说,言归正传.请看
AP算法系列之一----电源变压器(AC电感器)
计算举例:
一个输出功率6W的小型变压器,根据公式计算如下:
设变压器效率为0.8,Bm取1.4,Ku为0.4,允许温升50度Kj取534,工频50HZ
AP=((6/0.8+6)*10000/2.22*1.4*50*0.4*534)^1.14
=(135000/33193)^1.14
=4.95 cm^4
根据资料EI-41 Wa:1.68cm^2 舌宽:1.3cm
Ae=Ap/Wa=4.95/1.68=2.95cm^2
叠厚=Ae/舌宽=2.95/1.3=2.26cm
这样就计算出,一个6W输出的变压器,允许最高温升50度的条件下采用EI-41*22的型号就可以了.
对比电源变压器设计经常使用的Ae=1.2SQRT(P)计算叠厚2.26cm一致.。

开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法1前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。

开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。

设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。

所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。

磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。

因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。

只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。

选取磁心的算法有多种，如查表法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。

而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。

2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。

几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。

从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。

其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。

2.2铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2。

1）EE型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。

缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。

适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2）ETD（EC）型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。

适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。

3）EI型特点：与EE相似。

适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。

4）U型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。

1.8A充电器变压器计算实例所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。

高频变压器的关键是选定磁芯，常用的是AP法：（1）AP=Aw*Ae=｛(L p*Ip2*104)/(450*△B*K0)｝1.143cm4或（2）AP=Aw*Ae=P*104/(K f*K u*B AC*F*J) cm4（1）中A w为窗口面积（单边），Ae为磁芯有效截面积（因为磁芯是不规则的），L p(H)是初级电感量,I P(A)是峰值电流,△B（T）是磁感应变化量(有些参考书以GS表示，1GS=10-4T),一般取≦0.3T(3000GS)，或I sat/2此值过大，磁性损耗大，容易饱和，过小，磁芯体积会很大，功率小的电源可以取大一点，因为面积体积比大，散热条件好，反之则相反，频率高的取小一点，频率高了，磁芯损耗就大了,厂家给出的参考值是50mT-300mT,推荐值是100-200mT.K0是窗口利用率，取0.2—0.4，具体要看绕组结构，比如挡墙胶带会占用一部分空间，如果磁芯是矮型的，挡墙就占很大比例了，这时窗口利用率就很低了，而如果采用三层绝缘线，窗口利用率就提高了（可以不用挡墙），K0就可以取大一点，公式中的450是电流密度=450A/cm2常用电流密度为200A/cm2(2A/mm2)，与400A/cm2(4A/mm2).或1000CM/A=200A/cm2 500CM/A=400A/cm200A/cm2(2)中，P（W）为总功率,K f为波形系数=0.4（CCM连续模式,CDM断续模式,CRM 临界模式可能不一样，但一般都以CCM计算，电流波形请看附图1）,K u是窗口利用率，取0.2—0.4,B AC为工作磁芯密度（T），F(Hz),J为电流密度(A/cm2)。

1.磁芯材质的选取：高频变压器磁芯多是低磁场下使用的软磁材料，有着较高磁导率、低的矫磁顽力和高的电阻率。

一般来说，磁芯材料磁导率高，在一定的线圈匝数时，通过不大的励磁电流就能有较高的磁感应强度，线圈就能承受较高的外加电压，因此输出一定功率要求下，可减小磁芯体积。

磁芯矫磁顽力低，磁滞回环面积小，则铁损也小。

高的电阻率则使得涡流小，铁损小。

（/manage/shownews.asp?ArticleID=1109）目前，高频开关电源变压器所用的磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。

根据使用情况铁氧体不适合高温工作，暂时选用非晶态合金的磁芯。

●通过下面表格可以发现硅钢的饱和磁感应强度最大，可以达到2T，但由于最大导磁率太小且矫顽力太大不能满足要求一般都不选用它做高频变压器。

●通过下面表格可以发现铁基非晶铁芯饱和磁感应强度也很大，可以达到1.5T以上。

但由于我们选用的开关频率为20KHZ，现在一般铁基非晶铁芯无法达到这个工作频率，故不采用。

●通过下面表格可以发现铁基纳米晶和坡莫合金饱和磁感应强度也较大，可以达到1.2T以上。

但由于坡莫合金磁芯矫磁顽力高，故一般厂家选用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。

本设计中同样采用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。

以下是安泰公司用于做磁芯的纳米基铁芯的具体参数：2.变压器设计：高频变压器的设计通常采用两种方法：第一种是先求出磁芯窗口面积A m与磁芯有效截面积Ac 的乘积AP（AP=Ac×Am，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。

注意：1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。

同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。

AP法设计高频变压器高频变压器是一种用于电能传递和变换的重要电力元件。

它可以将交流电能从一个电路转移到另一个电路，同时改变电压和电流的比例。

高频变压器在电子设备和电力系统中广泛应用，具有体积小、效率高和响应时间快等优点。

本文将以AP法（Air-Gap Power Transformer）为例，详细介绍高频变压器的设计。

一、高频变压器的结构和工作原理高频变压器的基本结构由两个或多个绕组、铁芯和外部绝缘层组成。

其中铁芯通过提供磁耦合效应来支撑变压器的工作，绕组则对电流进行传输和调节。

高频变压器按照铁芯结构可以分为显性铁芯和暗性铁芯。

常见的显性铁芯包括EI型铁芯、环形铁芯和矩形铁芯等，暗性铁芯则采用微波磁芯或铁氟龙材料。

高频变压器的工作原理可以总结为两个方面:基频交流信号的传输和变压，以及高频信号的耦合和变换。

二、高频变压器设计的基本步骤1.确定设计要求：根据实际应用需求，确定变压器的输入电压、输出电压、功率和工作频率等参数。

2.计算绕组参数：根据输入输出参数计算绕组元件的电压、电流和匝数。

根据电流和匝数计算线圈长度和截面积，并进行冷却和散热分析。

3.计算铁芯参数：根据绕组参数和工作频率计算铁芯的磁导率、磁链密度和截面积等参数，确定铁芯的材料和尺寸。

4.优化设计：根据计算结果对各个参数进行优化，以提高变压器的效率和响应速度。

5.确定绝缘和外壳形式：根据设计需求选择合适的绝缘材料和外壳形式，确保变压器的电气安全性和机械强度。

三、高频变压器设计中的关键技术1.绕组设计：合理的绕组设计可以减少电流损耗和漏磁现象，提高变压器的效率。

设计时可以采用多层绕组、薄绝缘线和高填充因子。

2.铁芯设计：合适的铁芯材料和结构可以提供足够的磁导率和饱和磁场，从而减小磁耦合误差和磁滞损耗。

3.冷却设计：高频变压器由于工作在高频范围内，容易产生大量的热量。

合理的冷却设计可以增加变压器的功率容量和寿命。

4.电磁屏蔽设计：在高频环境中，电磁干扰是一个非常重要的问题。

面积乘积法----Ap 法简介选择变压器的磁芯材质、型号、尺寸：最常用的有两种方法①AP 法，（AP=A w ×Ae 4cm ）称磁芯面积乘积法 ②Kg 法（Kg= Aw 2Ae Km 5cm ）称磁芯几何参数法 MLTAw ———磁芯窗口面积2cm ,Ae ——磁芯有效截面积2cmKm ——窗口利用系数（或者叫导线占空系数），MLT ——每匝平均长度Cm 在这里以Ap 法为基础，推出确定反激式开关电源变压器的Ap 值简捷公式3p cP 10A F⨯＝P ——输出功率，F ——开关频率设有初级匝数为1N ，导线面积为1A ，初级电流为1I 的变压器。

设其次级匝数为2N ，导线面积为2A ，次级电流为2I ，又定义电流密度111I j A =，222I j A =，˙˙˙˙˙˙（2/A cm ），且设12j j j ==，则有1212,,I IA A j j ==又定义导线占空系数1122m m w wA N A N A K A A +==，式中：Am--------导线总面积（2cm ）Aw---------变压器磁芯窗口面积（2cm ）可得到：1122w m m N I N I A K A j j ==+ -----------------------------------------------（1）由电磁感应定律得410e NA BU t -∆=⨯∆式中：Ae 为变压器磁芯有效面积()2cm ,ΔB 为磁芯磁通密度的改变量（T ）。

当U 为正弦波有效值时，有44.4410m e U B fNA -=⨯，可得到：4m 104.44B fA e U N ⨯=----------------------------------------------------------------（2）当U 为双极性方波时有4m B BfB f t α∆∆==∆式中f 为方波频率()z H ，α为占空比。

变压器功率传递能力和面积乘积的关系可按以下求得。

变压器设计师常用电磁感应的法拉第定律来描述：
E=Kf*Bm*Ac*N*F*1041-1
常数Kf 正弦波工作时取4.44，方波时取4
将1-1式转换一下得下式：
E*104
1-2Kf*Bm*F
按定义，窗口利用系数为：N*Aw 1-3
Wa
将上式改写为Ku*Wa
1-4 Aw 若上式两边都乘以Ac,那么：Ku*Wa*Ac
1-5
Aw 将1-5代入1-2式，可改写为：Ku*Wa*Ac
E*1041-6 Aw
Kf*Bm*F
求解WaAc 得：
E*Aw*104
Kf*Bm*F*Ku 1-7按定义，电流密度J 可以A/CM 2描述，因此可表达为： I Aw 1-8
移项，改写为： I 1-9 J
改写1-7式得：
E*Aw=Kf*Bm*F*Ku*Wa*Ac*10
41-10
将1-9式代入上式 Wa*Ac= J= Aw= N*AC= Ku= N= N*Ac=
EI
1-11
J
因为变压器输入功率定义为： Po 1-12
η
=E*I
所以：1-13 EI Pin Po
J J J η所以：
WaAc 总=WaAc 初+WaAc 次
Po*104
4
J η
Po*10
41
1-14 J*Kf*Bm*F*Ku η
又因为：
Po
1-15η所以：
Pt*10
4 J*Kf*Bm*F*Ku
Pt*104
1-16 Kf* F*Bm*J*Ku E*Aw= Pt=Po
WaAc= AP == WaAc= Pin=E*Aw = =。