脉冲变压器的计算方法

变压器计算方法
变压器是一种用于改变交流电压的静止电气设备，常用于电力系统、工业生产和居民用电等领域。

变压器容量是指变压器本身所能承担的功率，单位是千伏安（KVA），是变压器能带负荷的能力。

变压器的容量由变压器结构决定，包括铁芯和绕组等。

在选择变压器容量时，需要考虑变压器的负载情况、运行环境、电压等级等因素。

变压器容量的计算方法如下：
1. 计算负载的每相最大功率：将A相、B相、C相每相负载功率独立相加，如A相负载总功率10KW，B相负载总功率9KW，C相负载总功率11KW，取最大值11KW。

（注：单相每台设备的功率按照铭牌上面的最大值计算，三相设备功率除以3，等于这台设备的每相功率。

）在实际应用中，需要根据具体的情况选择合适的变压器，并进行相关的计算和验证，以确保变压器能够安全、可靠、经济地运行。

如果你还想了解更多关于变压器的计算方法，可以继续向我提问。

图1 开关电源原理图图2 ⼯作点测试⽰意图3 变压器主要参数的计算本例中的变换器采⽤单端反激式⼯作⽅式，单端反激变换器在⼩功率开关电源设计中应⽤⾮常⼴泛，且多路输出较⽅便。

单端反激电源的⼯作模式有两种：电流连续模式和电流断续模式。

前者适⽤于较⼩功率，副边⼆极管存在没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较⼤;后者MOS管的峰值电流相对较⼩，但存在副边⼆极管的反向恢复问题，需要给⼆极管加吸收电路。

这两种⼯作模式可根据实际需求来选择，本⽂采⽤了后者。

设计变压器时⼤多需要考虑下⾯问题：变换器频率f(H2);初级电压U1(V)，次级电压U2(V);次级电流i2(A);绕组线路参数n1、，n2;温升τ(℃);绕组相对电压降u;环境温度τHJ(℃);绝缘材料密度γz(g/cm3)1)根据变压器的输出功率选取铁芯，所选取的铁芯的户，值应等于或⼤于给定值。

2)绕组每伏匝数(1)ST是铁芯的截⾯积;kT是窗⼝的填充系数;3)初级绕组电势E1=U1(1-) (2)4)初级绕组匝数W1=W0El (3)5)次级绕组电势E2i=U2i (1+) (4)6)次级绕组匝数W2i=W0E2i (5)7)初级绕组电流(6)8)次级绕组电流(7)其中，n1、n2：分别是初级绕组和次级绕组的每层匝数。

9)初级绕组线径(8)10)次级绕组线径(9)其中，j是电流密度。

详细的变压器设计⽅法与计算相当复杂，本⽂参照经验公式，依据下⾯的步骤设计了本例转换器中的⾼频变压器。

3.1 确定变压器的变⽐根据输出电压U0的关系式(10)得变⽐为(11)式中UD为整流器输出的直流电压。

本例中UD=24V，f为100kHz，tON取0.5;n=2。

3.2 计算初级线圈中的电流已知输出直流电压U0=±12V、5V，负载电流均为I0=lA，则输出功率P0=P1+P2+P3=29W开关电源的效率η⼀般在60～90%之间，本例取η=0.65，则输⼊功率为初级的平均电流为假定初级线圈的初始电流为零，那么，在开关管的导通期tON⾥，初级线圈中的电流⼼便从零开始线性增长到峰值I1P3.3 计算初级绕组圈数N1初级绕组的最⼩电感L1为根据输出功率P的⼤⼩，选⽤适当的磁芯，其形状⽤环形、EI形或罐形均可，本例采⽤EI28，该类型的铁芯在f=50kHz时，功率可达到60W，在f=100kHz时，输出功率可达到90W。

反激型脉冲变压器设计计算单首先，确定输入电压和输出电压的范围。

输入电压通常为标准电源电压，如220V，输出电压根据实际需要确定，比如12V、24V等。

同时需要确定输出电流的需求，这决定了变压器的功率。

其次，确定变压器的拓扑结构。

常见的反激型脉冲变压器拓扑有两种：单端开关和双端开关。

选择合适的拓扑结构需要考虑输入输出电压的关系、工作频率、元件成本和效率等因素。

然后，进行主要参数的估算。

根据电路结构和设定的输入输出电压范围，可以估算出变压器的输出电流、输入电流、工作频率等参数。

这些参数将作为选择元件和优化电路的依据。

接下来，选择合适的元件。

根据估算得到的参数，选择合适的磁芯、线圈、电容、二极管等元件。

磁芯的选择要考虑磁感应强度、饱和电流和工作频率等因素。

线圈的选取要满足输出电压和输出电流的要求，同时考虑线圈的电阻和自感等特性。

电容和二极管的选择要根据工作频率和输出电压波动等因素进行合理选择。

此外，还需要对电路进行优化设计。

包括合理布局元件、减小线圈和磁芯之间的交叉耦合、降低电磁干扰等。

通过优化设计可以提高变压器的效率和稳定性。

最后，进行电路参数的计算和仿真。

通过计算和仿真分析，可以验证设计的有效性。

计算和仿真可以采用各种电路设计软件，如PSIM、MATLAB等。

通过计算和仿真还可以评估电路的性能和稳定性，并进行后续的调整和优化。

总结起来，反激型脉冲变压器设计计算单需要进行参数估算、元件选择和电路优化等步骤。

在设计过程中，需要综合考虑输入输出电压范围、工作频率、元件成本和效率等因素，通过计算和仿真验证设计结果的有效性。

设计计算单的详细内容将根据具体需求和设计要求进行具体确定。

脉冲变压器前沿后沿顶降计算公式脉冲变压器对矩形脉冲的升压，要求：1.前沿 1Φτ≤0.1u τ2.顶降λ= u u△≤6%3.后沿 2Φτ≤1.1u τ磁控管负载——磁控管点⽕电压称为门限电压。

当输出脉冲电压低于门限电压时，磁控管不导通。

'2R =∞相当于开路。

当电压超过门限电压时，磁控管导通，其动态电阻很低，磁控管对调制器来说，为⼀个偏压⼆极管负载。

根据磁控管的特性把前沿定义为负载电压上升到门限电压这段时间，此期间磁控管不导通。

⼀、前沿'2R 1Φτ=3RP r C L 1'2 其中：P L ——漏感'2C ——换算到初级的次级绕组的固有电容（分布电容）R r =21R R 1R —电源内阻+初级绕组内阻2R —换算到初级的（负载电阻+次级绕组电阻）22305.430k 1ΩΩ>>可忽略∴ 1Φτ∝'2C L P 漏感P L 和分布电容'2C 越⼩越好⼆、顶降'2R λ= Mu L ταH R其中： u τ—脉宽M L —励磁电感等效内阻 H R α= '2'21u '2'21u r r )r ()r 22+++++R R R R （即H R α=1R //'2R 1R {u R ：电源内阻 1r ：初级绕组电阻}'2R {'2r ：换算到初级的次级绕组电阻 'H R ：换算到初级的负载组电阻}∴λ∝M uL τ脉宽越宽则λ越⼤；要求励磁电感有⾜够⼤，使λ降下来。

电路时间常数Q=HM R L α∴λ=Q u τ时间常数Q 越⼤，则λ就越⼩，内阻⼩些好。

三、后沿：HR α2Φτ=u τ+λλαα2n M '2k 41)1(4l L 11++-k R C R H H 其中： K='221C L R M H α⼜：励磁电感越⼤，反峰电压越⼩。

⼀、对铁芯材料的要求：1.⾼的脉冲磁导率µp :能⽤较⼩的铁芯尺⼨获得⾜够⼤的励磁电感。

设计变压器的基本公式————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ设计变压器的基本公式为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作，可用下式计算最大磁通密度(单位:T）ﻫﻫＢｍ=(Up×104)/ＫfNpScﻫ式中:Up——变压器一次绕组上所加电压(V)ﻫﻫf——脉冲变压器工作频率(Hz）Np——变压器一次绕组匝数（匝)ﻫﻫＳc——磁心有效截面积(cm2)K——系数,对正弦波为4.44，对矩形波为4.0ﻫﻫ一般情况下,开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Ｂｓ低一些。

ﻫ变压器输出功率可由下式计算(单位：Ｗ)Po=1．１6BmｆjＳcSｏ×１0-5式中：j——导线电流密度（A/mm2）Ｓｃ——磁心的有效截面积(ｃｍ2)ﻫSo——磁心的窗口面积(ｃm２）ﻫ３对功率变压器的要求ﻫ（1)漏感要小ﻫﻫ图9是双极性电路（半桥、全桥及推挽等）典型的电压、电流波形,变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。

ﻫ图9双极性功率变换器波形ﻫ功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关，仅就变压器而言，减小漏感是十分重要的。

ﻫ(2）避免瞬态饱和ﻫ一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－Ｈ曲线接近拐点处，因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。

它衰减得很快，持续时间一般只有几个周期。

对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大，在通电瞬间就会发生磁饱和。

由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压，脉冲变压器的饱和，即使是很短的几个周期，也会导致功率开关管的损坏，(3）这是不允许的。

所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。

ﻫﻫ要考虑温度影响ﻫ开关电源的工作频率较高,要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小,随着工作温度的升高,饱和磁通密度的降低应尽量小。

6 个步骤轻松计算隔离驱动变压器！
一、引言
因为电子设备的电路变得更为复杂，故要求成熟的电气工程设计参数具有更加临界的数值。

在设计电路的每一个阶段，精确的工程计算是基本的要求。

同时，在其零部件设计时，这一点也是同样重要的。

所以，必须精心地设计开关电源（SMPS）中门脉冲驱动变压器的每一个零部件。

门脉冲驱动变压器在开关电源中被要求用来控制电路之间的同步动作。

这些器件用来为开头电源半导件元器件如高压功率MOSFETs 或IGBTs 提供电脉冲。

这种变压器也用作电压隔离和阻抗匹配。

门脉冲驱动变压器是用来驱动电子开关器件门电路的基本脉冲变压器。

设计这类变压器时，是假定其脉冲的上升、下降和上冲时间都是最佳的值。

使用中要辨别它们是门脉冲驱动变压器还是其它变压器。

在基础门脉冲驱动变压器设计中，存在一系列设计变数，其中的每个变数由其专项应用决定。

它们的一些通用简图及其相应的转换关系见图1 所示。

典型的门脉冲驱动变压器是用铁氧体磁心设计制造的，这样可以降低成本。

常用磁心的外形大多数是EE、EER、ETD 型。

它们都是由“E”型磁心和相应的骨架组成。

这些骨架可以采用表面安装法或通孔安装法装配。

在有些情况下，也采用环形磁心设计制作门脉冲驱动变压器。

典型的脉冲变压器设计所要求的参数列于表1。

如果有安全标准（如UL、VDE、CUL、IEC 或TUV）的要求，那幺，在变压器设计中必定会涉及可靠的漏电流及其清除方法问题。

对于漏电流及其。

设计变压器的基本公式为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作,可用下式计算最大磁通密度(单位:T) Bm=(Up×104)/KfNpSc式中:Up——变压器一次绕组上所加电压(V)f——脉冲变压器工作频率(Hz)Np——变压器一次绕组匝数(匝)Sc——磁心有效截面积(cm2)K——系数,对正弦波为4、44,对矩形波为4、0一般情况下,开关电源变压器的Bm值应选在比饱与磁通密度Bs低一些。

变压器输出功率可由下式计算(单位:W)Po=1、16BmfjScSo×10－5式中:j——导线电流密度(A/mm2)Sc——磁心的有效截面积(cm2)So——磁心的窗口面积(cm2)3对功率变压器的要求(1)漏感要小图9就是双极性电路(半桥、全桥及推挽等)典型的电压、电流波形,变压器漏感储能引起的电压尖峰就是功率开关管损坏的原因之一。

图9双极性功率变换器波形功率开关管关断时电压尖峰的大小与集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关,仅就变压器而言,减小漏感就是十分重要的。

(2)避免瞬态饱与一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－H曲线接近拐点处,因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱与而产生极大的浪涌电流。

它衰减得很快,持续时间一般只有几个周期。

对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大,在通电瞬间就会发生磁饱与。

由于脉冲变压器与功率开关管直接相连并加有较高的电压,脉冲变压器的饱与,即使就是很短的几个周期,也会导致功率开关管的损坏,这就是不允许的。

所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。

(3)要考虑温度影响开关电源的工作频率较高,要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小,随着工作温度的升高,饱与磁通密度的降低应尽量小。

在设计与选用磁心材料时,除了关心其饱与磁通密度、损耗等常规参数外,还要特别注意它的温度特性。

一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小,一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响,按开关电源工作环境温度为40℃考虑,磁心温度可达60～80℃,一般选择Bm=0、2～0、4T,即2000～4000GS。

有效导磁率‎在测试变压‎器铁芯导磁‎率的时候，一般都是通‎过测试变压‎器线圈电感‎量的方法来‎测试变压器‎铁芯的导磁‎率；这种测试方‎法实际上就‎是测试电感‎线圈的交流‎阻抗;然而用来代‎表介质属性‎的导磁率并‎不是一个常‎数，而是一个非‎线性函数，它不但与介‎质以及磁场‎强度有关，而且与温度‎还有关。

我们在前面‎（2-11）式和（2-12）式中，已经介绍过‎脉冲变压器‎的脉冲导磁‎率和开关变‎压器平均导‎磁率的概念‎。

脉冲变压器‎的脉冲导磁‎率由下式表‎示：（2-11）式中，称为脉冲静‎态磁化系数‎，或脉冲变压‎器的脉冲导‎磁率；为脉冲变压‎器铁芯中的‎磁通密度增‎量；为脉冲变压‎器铁芯中的‎磁场强度增‎量。

（2-12）式中，为开关变压‎器的平均导‎磁率；为开关变压‎器铁芯中的‎平均磁通密‎度增量；为开关变压‎器铁芯中的‎平均磁场强‎度增量。

在一定程度‎上来说，开关变压器‎也属于脉冲‎变压器，因为它们输‎入的都是电‎压脉冲；但一般脉冲‎变压器输入‎脉冲电压的‎幅度以及宽‎度基本上都‎是固定的，并且是单极‎性电压脉冲‎，其磁滞回线‎的面积相对‎来说很小，因此，变压器的脉‎冲导磁率几‎乎可以看成‎是一个常数‎。

而开关变压‎器输入脉冲‎电压的幅度‎以及宽度一‎般都不是固‎定的，其磁滞回线‎的面积相对‎来说变化比‎较大，铁芯导磁率‎的变化范围‎也比较大，特别是双激‎式开关变压‎器，因此，只能用平均‎导磁率的概念来描‎述。

如果不是特‎别强调脉冲‎变压器输入‎电压为单极‎性脉冲电压‎，并且输入脉‎冲电压的幅‎度以及宽度‎基本上都是‎固定的；那么，利用（2-11）式来计算开‎关变压器平‎均导磁率也‎未尝不可；因为，人们在测量‎开关变压器‎平均导磁率‎的时候，不可能用很‎多不同幅度‎和宽度的脉‎冲电压，分别对开关‎变压器逐一‎进行测试，然后再把测‎试结果取平‎均值。

我们可以试‎想，如果在众多‎用来测试的‎不同幅度和‎宽度的电压‎脉冲之中，我们只选出‎其中一组，其幅度和宽‎度都是在这‎些测试电压‎脉冲之中比‎较偏中的，那么，用（2-11）式的测试结‎果来代替（2-12）式的结果，实际上不会‎有很大的区‎别。