开关电源高频变压器制作方法及关键点

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。

要制造好高频变压器要注意两点:一就是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便就是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部就是不走电流的实习就是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。

选用多股细铜线并在一同绕,实习便就是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。

二就是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的就是削减高频漏感与降低分布电容。

1、次级绕组:初级绕组绕完,要加绕(3~5层绝缘垫衬再绕制次级绕组。

这样可减小初级绕组与次级绕组之间分布电容的电容量,也增大了初级与次级之间的绝缘强度,契合绝缘耐压的需求。

减小变压器初级与次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。

若就是开关电源的次级有多路输出,而且输出之间就是不共地的为了减小漏感,让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。

若就是这个次级绕组只要相对较少几匝,则为了改善耦合状况,仍就是应当设法将它布满完好的一层,如能够选用多根导线并联的方法,有助于改善次级绕组的填充系数。

其她次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。

当开关电源多路输出选用共地技能时,处置方法简略一些。

次级能够选用变压器抽头方式输出,次级绕组间不需要采用绝缘阻隔,从而使变压器的绕制愈加紧凑,变压器的磁耦合得到加强,能够改善轻载时的稳压功能。

2、初级绕组:初级绕组应放在最里层,这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短,从而使整个绕组的用线为最少,这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。

通常状况下,变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组,可使变压器的漏感为最小。

初级绕组放在最里边,使初级绕组得到其她绕组的屏蔽,有助于减小变压器初级绕组与附近器材之间电磁噪声的相互耦合。

初级绕组放在最里边,使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端,可削减变压器初级对开关电源其她有些电磁打扰的耦合。

3、偏压绕组:偏压绕组绕在初级与次级之间,仍就是绕在最外层,与开关电源的调整就是依据次级电压仍就是初级电压进行有关。

不谈计算--深度讲解开关电源高频变压器的设计原则与流程！前言开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等。

不同器件有不同的控制发热量的方法。

功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减小它的发热量，不仅可以提高功率管的可靠性，而且可以提高开关电源的可靠性，提高平均无故障时间（MTBF）。

开关管的发热量是由损耗引起的，开关管的损耗由开关过程损耗和通态损耗两部分组成，减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损耗；开关过程损耗是由于栅电荷大小及开关时间引起的，减小开关过程损耗可以选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。

但更为重要的是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减小损耗，如采用软开关技术，可以大大减小这种损耗。

减小功率二极管的发热量，对交流整流及缓冲二极管，一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗，可以通过选择高质量的二极管来减小损耗。

对于变压器二次侧的整流可以选择效率更高的同步整流技术来减小损耗。

对于高频磁性材料引起的损耗，要尽量避免趋肤效应，对于趋肤效应造成的影响，可采用多股细漆包线并绕的办法来解决。

高频电源变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。

按工作频率高低，可分为几个档次：10kHz～50kHz、50kHz～100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。

传送功率比较大的，工作频率比较低；传送功率比较小的，工作频率比较高。

这样，既有工作频率的差别，又有送功率的差别，工作频率不同档次的电源变压器设计方法不一样.高频电源变压器的设计原则高频电源变压器的设计原则，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。

有时可能偏重性能和效率，有时可能偏重价格和成本。

现在，轻、薄、短、小，成为高频电源的发展方向，是强调降低成本。

开关电源功率变压器的设计方法1开关电源功率变压器的特性功率变压器是开关电源中非常重要的部件，它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。

不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片，而是在高频情况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料，其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗，使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。

图1（a）为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波，图1（b）为输出端得到的输出波形，可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以下几个方面：图1脉冲变压器输入、输出波形（a）输入波形（b）输出波形（1）上升沿和下降沿变得倾斜，即存在上升时间和下降时间；（2）上升过程的末了时刻，有上冲，甚至出现振荡现象；（3）下降过程的末了时刻，有下冲，也可能出现振荡波形；（4）平顶部分是逐渐降落的。

这些失真反映了实际脉冲变压器和理想变压器的差别，考虑到各种因素对波形的影响，可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。

图中：Rsi——信号源Ui的内阻Rp——一次绕组的电阻Rm——磁心损耗（对铁氧体磁心，可以忽略）T——理想变压器Rso——二次绕组的电阻RL——负载电阻C1、C2——一次和二次绕组的等效分布电容Lin、Lis——一次和二次绕组的漏感Lm1——一次绕组电感，也叫励磁电感n——理想变压器的匝数比，n=N1/N2图2脉冲变压器的等效电路将图2所示电路的二次回路折合到一次，做近似处理，合并某些参数，可得图3所示电路，漏感Li包括Lin和Lis，总分布电容C包括C1和C2；总电阻RS包括Rsi、RP和Rso；Lm1是励磁电感，和前述的Lm1相同；RL′是RL等效到一次侧的阻值，RL′=RL/n2,折合后的输出电压U′o=Uo/n。

经过这样处理后，等效电路中只有5个元件，但在脉冲作用的各段时间内，每个元件并不都是同时起主要作用，我们知道任何一个脉冲波形可以分解成基波与许多谐波的叠加。

开关电源之高频变压器设计摘要：开关电源设计中的难点之一就是高频变压器的设计，由于高频变压器是开关电源中进行能量储存和能量传输的重要部件，其合理性与参数计算的正确性将直接影响到开关电源的整体性能。

而衡量高频变压器的好坏，除了要考虑一般变压器中涉及的效率、运行特性等方面，还要考虑到其交直流损耗、漏感、线圈本身分布参数等诸多方面影响。

本文主要介绍高频变压器具体参数的确定、及其在设计过程应当注意的问题及并提出相应的解决办法。

关键词：开关电源；高频变压器；设计要点1 开关电源之高频变压器的主要构成及分类从广义上来说，凡以半导体功率的开关器件为开关管，经对开关管进行高频开通以及关断控制，会将电能形态转化为其他电能形态装置，这就是所谓的开关转换器。

用开关转换器作为主要的组成部件，以闭环自动控制来稳定它的输出电压，并且在电路中增加保护环节电源，此为开关电源。

若用高频DC/DC 转换器作为开关电源工作时的开关转换器则就成为高频开关电源。

高频开关电源基本的路线是由开关型的功率变换器，整流滤波电路，交流直线转换电路以及控制电路组成。

高频开关电源变压器分类方式：(1)按照驱动方式的不同可以分为他激式和自激式；(2)按照电路的拓扑结构可以分为隔离式和非隔离式；前者包括正激式，反激式与半桥式，全桥式，推挽式；后者包括降压型与升压型等；(3)按照输出输入间是否有着电器隔离，可将其分为隔离式与非隔离式；(4)按照DC 转换器/DC 开关条件，可将其分为硬开关以及软开关。

2 开关电源之高频变压器的设计要点2.1 整体设计对于实用的可调开关电源，需能控制输出电压在合适的范围内调节，并且保证电流不超过所设计的最大值。

高压可调高频开关电源设计方案的结构框。

采用电压补偿网络和电流补偿网络，能设定输出电压和最大工作电流。

当工作电流超过设定的最大电流时，电压无法继续升高，从而起到保护电源的作用。

DC/DC 变换器采用半桥拓扑结构，使用采样电阻采集输出电压和输出电感电流，电压补偿网络和电流补偿网络均使用运算放大器构成有源校正网络，补偿网络输出的2 个控制量通过最小函数选择后再输出给DC/DC 变换器，这样就构成了一种控制输出电压和限制最大工作电流的电源设计方案。

怎样设计高频变压器高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。

在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。

设计高频变压器首先应该从磁芯开始。

开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。

磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。

磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。

高的电阻率，则涡流小，铁耗小。

铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。

高频变压器的设计通常采用两种方法[3>：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP （AP=AW×Ae，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，在较大输出功率时，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。

对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。

单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、较简外围电路、较佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。

在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

开关电源变压器的方案与制造办法1导语高频开关电源的方案首要有两有些，一是电路有些的方案，二是磁路有些的方案．相对电路有些的方案而言，磁路有些的方案要杂乱得多．磁路有些的方案，不光央求方案者具有悉数的理论常识，并且要有丰盛的实习履历．在磁路有些方案结束后，还有必要放到实习电路中验证其功用．由此可见，在高频开关电源的方案中，真实难以掌握的是磁路有些的方案．高频开关电源的磁性元件首要包含变压器、电感器．这篇文章依据变压器的安全规范，合理挑选资料，介绍变压器的详细系作办法，使方案出来的变压器契合lsquo;阻隔变压器和安全阻隔变压器》的规范．2引证规范①国际电工委员会电工商品安全认证安排(IECEE)：1985年由国际电工委员会(IEC)树立，该安排下设有三个委员会和一个秘书处：处理委员会、认证安排委员会、查看实验委员会．如今对14类商品进行安全认证，其间有电线电缆、家电用品、电子医疗设备等，而第12类即是安全变压器．②国内规范SJ3270一;90阻隔变压器和安全阻隔变压器》．3变压器的安全规范3．1规范规范磁性元件用于沟通式电源供应器的构造中，有必要遵照必定国家或是国际上的安全规范．中国的电子变压器可按国内规范SJ3270．90lsquo;阻隔变压器的安全央求》央求认证：而出口到欧美等国的变压器，则别离按各有关国的规范进行对口认证．例如：U．L(UnderwriterLaboratories)为美国规范．c．S．A(CandanianStandardsAssociation)为加拿大的规范．v．D．E(VerbandDeutsherElektronotechniker)为欧盟所运用的德国规范，如今V．D．E已变成较受等候的规范，其安全规范思考较为严峻．其规范要害为维护操作人员的安全，对线圈绕线办法，输入与输出的阻隔有较严峻的央求，需耐高压3750VAC．3．2变压器的绝缘电阻安全规范在变压器构造中，绕组与磁芯与铁架之间，在一分钟供应500VDC的电压状况下，起码要有IOOMQ以上的阻抗．3．3变压器的湿度阻抗安全规范在高湿度91-95％的环境下，温度在20-一30C之间，接连在环境查验机48小时后，变压器一次侧与二次侧须可以接受3750VAC，即变压器在此环境中须坚持绝缘阻抗及介电强度．3．4变压器的安全规范电子设备依据安全功用央求可分为三品种型．榜首类(ClassI)：此类设备用以下两种办法来防护电击：用根柢绝缘：假定根柢绝缘被损坏，而风险电压用导线联接到大地导体的维护办法．此类设备也可用两层绝缘(doubleinsulation)或加强绝缘(reinforcedinsulation)来方案，或许只用于安全性极低的电压线路上．第二类(ClassⅡ)：此设备不单只靠根柢绝缘来防护电击，且须添加安全办法，如用两层绝缘或加强绝缘办法，而不供应接地维护者．第三类(ClassⅢ)：此类设备靠SELV(SafetyExtraVoltage)电路来防止电击．变压器在详细方案中要依据电路来挑选类型．3．5变压器的安全温度变压器有温度等级之分，当温度高于周围温度25C以上时，U．L／C．S．A规范会对变压器温度订出额外值，用两种办法来做温度的量测，榜首种称为热偶法(运用热电偶所发作的位差，由仪器记载)；第二种称为电阻法(运用铜的必定零电阻温度为基准来核算)，核算公式：(234．5+T1)／RI=(234．5+T2)／r2．其间，铜的零电阻温度：．234．5C；查验前环境温度为：T。

技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾一、正激式开关电源高频变压器：No 1 2 待求参数项 副边电压 Vs 最大占空比θonmax 详细公式 Vs = Vp*Ns/Np θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax 的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。

2、0.5 是考虑输出整流二极管压降的调整值，以下同。

3 临界输出电感 LsotonLso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θonmax /(2*f*Po)21、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Lso]}dt = Po 2、Ton=θon/f 4 实际工作占空比θon 如果输出电感 Ls≥Lso：θon=θonmax 否则： θon=√{2*f*Ls*Po /[(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)]}ton1、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls]}dt = Po 2、Ton=θon/f 5 6 导通时间 Ton 最小副边电流 IsmintonTon =θon /f Ismin = [Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θon /(2*f*Ls)]/[(Vs-0.5)*θon]21、由能量守恒：(1/T)*∫0 {Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls+Ismin]}dt = Po 2、Ton=θon/f 7 8 9 副边电流增量 ΔIs 副边电流峰值 Ismax 副边有效电流 IstonΔIs = (Vs-0.5-Vo)* Ton/ Ls Ismax = Ismin+ΔIs Is = √[(Ismin + Ismin*ΔIs+ΔIs /3)*θon]2 2 21、Is=√[(1/T)*∫0 (Ismin+ΔIs*t/Ton) dt] 2、θon= Ton/T 10 11 12 副边电流直流分量 Isdc 副边电流交流分量 Isac 副边绕组需用线径 Ds 电流密度取 5A/mm 13 14 15 原边励磁电流 Ic 最小原边电流 Ipmin 原边电流增量 ΔIp2Isdc = (Ismin+ΔIs/2) *θon Isac = √(Is - Isdc ) Ds = 0.5*√Is2 2Ic = Vp*Ton / Lp Ipmin = Ismin*Ns/Np ΔIp = (ΔIs* Ns/Np+Ic)/η第1页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾16 17原边电流峰值 Ipmax 原边有效电流 IptonIpmax = Ipmin+ΔIp Ip = √[(Ipmin + Ipmin*ΔIp+ΔIp /3)*θon]2 2 21、Ip=√[(1/T)*∫0 (Ipmin+ΔIp*t/Ton) dt] 2、θon= Ton/T 18 19 20 原边电流直流分量 Ipdc 原边电流交流分量 Ipac 原边绕组需用线径 Dp 电流密度取 4.2A/mm 21 22 23 24 25 262Ipdc = (Ipmin+ΔIp/2) *θon Ipac = √(Ip - Ipdc ) Dp = 0.55*√Ip2 2最大励磁释放圈数 Np′ 磁感应强度增量 ΔB 剩磁 Br 最大磁感应强度 Bm 标称磁芯材质损耗 PFe (100KHz 100℃ KW/m3) 选用磁芯的损耗系数ω 1.08 为调节系数Np′=η*Np*(1-θon) /θon ΔB = Vp*θon / (Np*f*Sc) Br = 0.1T Bm = ΔB+Br 磁芯材质 PC30：PFe = 600 磁芯材质 PC40：PFe = 450 ω= 1.08* PFe / (0.2 *100 )2.4 1.227 28 29磁芯损耗 Pc 气隙导磁截面积 Sg 有效磁芯气隙δ′ 1、根据磁路欧姆定律：H*l = I*Np 又有：H = B/μPc = ω*Vc*(ΔB/2) *f2.41.2方形中心柱：Sg= [(a+δ′/2)*( b+δ′/2)/(a*b)]*Sc 2 2 圆形中心柱：Sg= {π*(d/2+δ′/2) /[π*(d/2) ]} *Sc δ′=μo*(Np *Sc/Lp-Sc/AL) 有空气隙时：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np2Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：ΔB*lc/μc +ΔB*δ/μo = Vp*Ton*Np /Lp式中：lc 为磁路长度，δ为空气隙长度，Np 为初级圈数，Lp 为初级电感量，ΔB 为工作磁感应强度增量； μo 为空气中的磁导率，其值为 4π×10 H/m； 2、ΔB=Vp*Ton/Np*Sc 3、μc 为磁芯的磁导率，μc=μe*μo 4、μe 为闭合磁路（无气隙）的有效磁导率，μe 的推导过程如下： 由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/μc=Bc/μe*μo Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(μe*μo)=Np*Vp*Ton/Lpo2 -7又根据：Bc=Vp*Ton/Np*Sc代入上式化简 得：μe = Lpo*lc/μo*Np *Sc第2页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导2刃禾5、Lpo 为对应 Np 下闭合磁芯的电感量，其值为：Lpo = AL*Np26、将式步骤 5 代入 4，4 代入 3，3、2 代入 1 得：Lp =Np *Sc/(Sc/AL +δ/μo) 如果δ′/lc≤0.005： δ=δ′ 2 如果δ′/lc＞0.03： δ=μo*Np *Sc/Lp 否则 δ=δ′*Sg/Sc ΔD = 132.2/√f Uceo = √2 *Vinmax+√2 *Vinmax*Np/ Np′ Ud = Vo+√2 *Vinmax*Ns/Np′ Ud′=√2 *Vinmax*Ns/Np30实际磁芯气隙 δ31 32 33 34穿透直径 ΔD 开关管反压 Uceo 输出整流管反压 Ud 副边续流二极管反压 Ud′第3页 共9页技术机密文件开关电源变压器的设计——电路相关技术参数计算公式及其推导刃禾二、双端开关电源高频变压器：No 1 2 待求参数项 副边电压 Vs 最大占空比θonmax 如果为半桥：Vs = Vp*Ns/(2*Np) 否则： Vs = Vp*Ns/Np θonmax = Vo/(Vs-0.5) 详细公式1、θonmax 的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。

要制造好高频变压器要注意两点：一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕 ,不要选用单根粗铜线 ,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走 ,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱 ,越挨近导线表面电流越强。

选用多股细铜线并在一同绕 ,实习便是为了增大导线的表面积 ,然后更有效地运用导线。

二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法 ,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。

1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕 (3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。

这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。

减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。

若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。

若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。

其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。

当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。

次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。

2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。

通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。

初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。

初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。

3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。

一、正激式开关电源高频变压器：No待求参数项 详细公式1 副边电压Vs Vs = Vp*Ns/Np2 最大占空比θonmax θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。

2、0.5是考虑输出整流二极管压降的调整值，以下同。

3 临界输出电感Lso Lso = (Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θonmax2/(2*f*Po)1、由能量守恒：(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Lso]}dt = Po2、Ton=θon/f4 实际工作占空比θon 如果输出电感Ls≥Lso：θon=θonmax否则： θon=√{2*f*Ls*Po /[(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)]}1、由能量守恒：(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls]}dt = Po2、Ton=θon/f5 导通时间Ton Ton =θon /f6 最小副边电流Ismin Ismin = [Po-(Vs-0.5)*(Vs-0.5-Vo)*θon2/(2*f*Ls)]/[(Vs-0.5)*θon]1、由能量守恒：(1/T)*∫0ton{Vs*[(Vs-Vo)*t/Ls+Ismin]}dt = Po2、Ton=θon/f7 副边电流增量ΔIs ΔIs = (Vs-0.5-Vo)* Ton/ Ls8 副边电流峰值Ismax Ismax = Ismin+ΔIs9 副边有效电流Is Is = √[(Ismin2+ Ismin*ΔIs+ΔIs2/3)*θon]1、Is=√[(1/T)*∫0ton(Ismin+ΔIs*t/Ton)2dt]2、θon= Ton/T10 副边电流直流分量Isdc Isdc = (Ismin+ΔIs/2) *θon11 副边电流交流分量Isac Isac = √(Is2- Isdc2)12 副边绕组需用线径Ds Ds = 0.5*√Is电流密度取5A/mm213 原边励磁电流Ic Ic = Vp*Ton / Lp14 最小原边电流Ipmin Ipmin = Ismin*Ns/Np15 原边电流增量ΔIp ΔIp = (ΔIs* Ns/Np+Ic)/η16 原边电流峰值Ipmax Ipmax = Ipmin+ΔIp17 原边有效电流Ip Ip = √[(Ipmin2+ Ipmin*ΔIp+ΔIp2/3)*θon]1、Ip=√[(1/T)*∫0ton(Ipmin+ΔIp*t/Ton)2dt]2、θon= Ton/T18 原边电流直流分量Ipdc Ipdc = (Ipmin+ΔIp/2) *θon19 原边电流交流分量Ipac Ipac = √(Ip2- Ipdc2)20 原边绕组需用线径Dp Dp = 0.55*√Ip电流密度取4.2A/mm221 最大励磁释放圈数Np′ Np′=η*Np*(1-θon) /θon22 磁感应强度增量ΔB ΔB = Vp*θon / (Np*f*Sc)23 剩磁Br Br = 0.1T24 最大磁感应强度Bm Bm = ΔB+Br25标称磁芯材质损耗P Fe(100KHz 100℃ KW/m3)磁芯材质PC30：P Fe = 600磁芯材质PC40：P Fe = 45026 选用磁芯的损耗系数ωω= 1.08* P Fe / (0.22.4*1001.2)1.08为调节系数27 磁芯损耗Pc Pc = ω*Vc*(ΔB/2)2.4*f1.228 气隙导磁截面积Sg 方形中心柱：Sg= [(a+δ′/2)*( b+δ′/2)/(a*b)]*Sc 圆形中心柱：Sg= {π*(d/2+δ′/2)2/[π*(d/2)2]} *Sc29 有效磁芯气隙δ′ δ′=μo*(Np2*Sc/Lp-Sc/AL)1、根据磁路欧姆定律：H*l = I*Np 有空气隙时：Hc*lc + Ho*lo = Ip*Np又有：H = B/μ Ip = Vp*Ton/Lp 代入上式得：ΔB*lc/μc +ΔB*δ/μo = Vp*Ton*Np /Lp 式中：lc为磁路长度，δ为空气隙长度，Np为初级圈数，Lp为初级电感量，ΔB为工作磁感应强度增量；μo为空气中的磁导率，其值为4π×10-7H/m；2、ΔB=Vp*Ton/Np*Sc3、μc为磁芯的磁导率，μc=μe*μo4、μe为闭合磁路（无气隙）的有效磁导率，μe的推导过程如下：由：Hc*lc=Ip*Np Hc=Bc/μc=Bc/μe*μo Ip=Vp*Ton/Lpo 得到：Bc*lc/(μe*μo)=Np*Vp*Ton/Lpo又根据：Bc=Vp*Ton/Np*Sc 代入上式化简 得：μe = Lpo*lc/μo*Np2*Sc5、Lpo为对应Np下闭合磁芯的电感量，其值为：Lpo = AL*Np26、将式步骤5代入4，4代入3，3、2 代入1得：Lp =Np2*Sc/(Sc/AL +δ/μo)30 实际磁芯气隙δ如果δ′/lc≤0.005： δ=δ′如果δ′/lc＞0.03： δ=μo*Np2*Sc/Lp 否则 δ=δ′*Sg/Sc31 穿透直径ΔD ΔD = 132.2/√f32 开关管反压Uceo Uceo = √2 *Vinmax+√2 *Vinmax*Np/ Np′33 输出整流管反压Ud Ud = Vo+√2 *Vinmax*Ns/Np′34 副边续流二极管反压Ud′ Ud′=√2 *Vinmax*Ns/Np二、双端开关电源高频变压器设计步骤：No待求参数项 详细公式1 副边电压Vs 如果为半桥：Vs = Vp*Ns/(2*Np) 否则： Vs = Vp*Ns/Np2 最大占空比θonmax θonmax = Vo/(Vs-0.5)1、θonmax的概念是指：根据磁通复位原则，其在闭环控制下所能达到的最大占空比。

开关电源高频变压器工作原理1开关电源高频变压器概述开关电源高频变压器是开关电源中不可或缺的重要元件，扮演着转换输出电压与电流、隔离输入输出的关键角色。

本文将围绕开关电源高频变压器的工作原理进行探究。

2高频变压器的构成与工作原理高频变压器主要由铁芯、绕组以及外壳组成。

铁芯分为铁氧体和磁性粉末铁芯两种，绕组分为一次绕组和二次绕组，外壳则可用于固定绕组和铁芯。

其工作原理类似于普通变压器，但存在一定区别。

开关电源高频变压器是在高频工作状态下工作的，因此需要采用高质量的材料和加工工艺。

同时，由于开关电源工作时需要快速地切换电路状态，因此高频变压器的工作频率也非常高，一般在几十千赫兹至上百千赫兹之间。

3高频变压器的工作过程高频变压器的工作过程可以分为两个部分：正半周和负半周。

3.1正半周在正半周电流通过一次绕组时，由于磁性铁芯产生的磁通量不停地变化，导致一次绕组中产生电动势。

此时，电动势会使得电流逆时针流向铁芯上，从而产生一个与二次绕组呈交叉的磁通，并在二次绕组上产生电势差。

因此，二次绕组中就会引发电流。

3.2负半周在负半周电流通过一次绕组时，由于磁性铁芯产生的磁通量的变化方向发生了变化，会导致电动势使电流向顺时针的方向流向铁芯上，从而在一次绕组中产生一个与二次绕组呈交叉方向的磁通，并直接在二次绕组上产生电势差，相应地，在二次绕组上引发电流。

4高频变压器的应用高频变压器广泛应用于开关电源、逆变器、变频器、电子变压器等领域，是许多现代电子设备的核心元件。

其中，开关电源是高频变压器的主要应用之一。

开关电源使用高频变压器扮演隔离输入输出、转换电压和电流的关键角色。

在开关电源中，高频变压器的质量和性能不仅决定着输出电流和电压的状况，还关系着输出电源的有效性、稳定性和可靠性。

5总结开关电源高频变压器作为开关电源的核心元件，其作用和重要性不可忽视。

对于高频变压器的工作原理及其应用，我们有了更加生动的了解和认识，相信该知识对于我们进一步了解开关电源工作机理会有很大的帮助。

开关电源中高频变压器绕制心得高频变压器是开关电源中的核心元件之一，它主要用于将输入的低压直流电转换为需要的高频交流电。

通过高频变压器的绕制，可以实现电能的高效转换和稳定输出。

在实际的绕制过程中，我积累了一些心得体会，现在与大家分享如下。

首先，在开始绕制高频变压器之前，我们需要明确设计要求，包括输入电压、输出电压、输出功率等。

然后根据这些设计参数，选择合适的铁芯材料和线材。

铁芯材料的选择要考虑其磁导率、饱和磁感应强度等因素，线材的选择要考虑其截面积和耐高温能力。

一般来说，使用铁粉芯和高温线材可以提高变压器的效率和可靠性。

接下来，绕制高频变压器需要注意几个关键参数。

首先是匝数比，即输入绕组和输出绕组的匝数之比。

匝数比决定了输入输出电压的转换关系，一般来说，输入绕组匝数较大，输出绕组匝数较小。

其次是绕组的恁员，即输入绕组和输出绕组的方向。

绕制时要保证输入输出绕组的恁员方向相反，以实现电压的升降。

还有一个关键参数是绝缘层的选择和处理，绝缘层的存在能够有效隔离绕组，防止绝缘破损导致短路等故障。

在绕制高频变压器时，需要注意一些细节。

首先是绕线的整齐和紧密程度，要保证绕线的平整、密度均匀，避免产生空隙和交叉。

其次是绕线的品质和连接性，要保证每个绕组之间连接牢固可靠，不易脱落。

另外，绕制高频变压器还需要注意线圈的损耗和漏损。

线圈的损耗主要来自于线材的导电电阻，而漏损主要来自于线圈之间和线圈与铁芯之间的磁场耦合不完全。

为了减小这些损耗，可以采取合适的绕制方式和增加绕组之间的绝缘层。

绕制高频变压器还需要注意的是绝缘处理。

绝缘处理主要是为了防止线圈之间和线圈与铁芯之间的短路或绝缘击穿。

在绕制过程中，需要合理选择绝缘材料和绝缘涂层，并且需要注意绕线的绝缘层的厚度和质量。

此外，还需要对绕制好的变压器进行绝缘测试，以确保绝缘层的质量和安全性。

总结起来，高频变压器的绕制是一个技术要求较高的过程。

通过我的实践经验，我认为关键在于选择合适的材料、控制重要参数、注意细节和保证绝缘层的质量。

驻马店职业技术学院毕业设计题目：开关电源的高频变压器设计学生姓名：徐前学号:080382011308 学部（系）：机电学部专业年级： 08应电指导教师：张亚兰职称或学位：助教2011 年 4 月 10 日目录摘要 (2)Abstract (2)前言 (3)1.国内外研究现状 (4)2.高频变压器的基本原理及其作用 (4)3.常见的带隔离的开关电源中变压器的作用 (5)3.1正激电路 (6)3.2反激电路 (7)3.3半桥电路 (8)3.4全桥电路 (9)3.5推挽电路 (10)4.开关电源的高频变压器设计 (11)4.1高频变压器的设计原则与设计要求 (11)4.2高频变压器的设计方法 (11)4.3一种实际高频变压器的设计过程 (15)4.4 30KHZ高频开关电源变压器设计 (15)结束语 (18)参考文献 (19)致谢 (20)摘要随着电源技术的不断发展，高频化和高功率密度化已经成为开关电源的研究方向和发展趋势，变压器是开关电源的核心部件，并且随着频率和功率的不断提高，其对电源系统的性能产生影响也日益重要，因此高频开关电源的变压器设计是实现开关电源发展目标的关键。

本文主要研究高频变压器的工作原理，作用和分类。

高频变压器和低频变压器的工作原理一样.就是频率不同所用的铁芯材料不同.低频变压器一般用铁芯,高频变压器用铁氧体磁芯或空芯。

变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。

常见的带隔离开关电源按按电路的拓扑结构：正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式，本人简单介绍其工作原理，了解变压器在开关电源中的作用。

变压器设计其实就是实现开关电源发展目标的关键，高频变压器的设计要求包括:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本。

关键字：开关电源，高频变压器设计High-frequency switching power transformer designWith the continuous development of power technology, high-frequency and high power density switching power supply technology has become the research and development trend, switching power supply transformer is the core component, and with increasing frequency and power, its power supply system increasingly important impact on performance, so high-frequency switching power supply switching power supply transformer design is to achieve development goals.This paper studies the working principle of high-frequency transformer, function and classification. With the isolation of several commonly used in switching power supply transformer switch roles and work. And design a 30KHZ frequency switching power supply transformers.Keywords: switching power supply design of high-frequency transformer前言随着电子信息技术的不断发展，各类电子设备的电源系统在客观上要求小化、轻量化和高可靠性，制约这个目标实现的根本技术就是开关电源高频化技术。

单端反激式开关电源高频变压器设计
设计单端反激式开关电源高频变压器需要考虑以下几个方面：
1.功率需求：根据要供电设备的功率需求确定变压器的功率等级。

功
率等级的选择可以根据所需的输出电压和电流来确定。

2.材料选择：变压器的高频特性对材料的选择提出了更高的要求。

一
般来说，变压器的磁芯可以选择铁氧体材料，而线圈通常采用绝缘导线或
绝缘线圈。

3.匝数计算：根据所需的变比和功率计算变压器的匝数。

变压器的变
比决定了输入电压与输出电压之间的关系。

4.磁芯设计：根据功率需求和工作频率选择合适的磁芯。

对于高性能
的单端反激式开关电源变压器，常用的磁芯材料是高磁导率的铁氧体。

磁
芯的选择应该考虑到磁芯的饱和磁通密度和磁滞损耗。

5.线圈设计：线圈的设计需要考虑到功率损耗和电流密度。

线圈的匝
数和截面积应该经过适当的计算，以确保所需的功率传输和高频特性。

6.耦合系数：在单端反激式开关电源高频变压器设计中，耦合系数是
一个非常重要的参数。

耦合系数的选择影响变压器传递功率的能力和工作
效率。

7.绝缘层设计：绝缘层是为了保护线圈和磁芯，防止绝缘电流的泄漏。

绝缘层的设计需要考虑到工作频率、工作温度和绝缘强度。

8.浪涌保护：在设计变压器时，还需要考虑到浪涌保护的问题。

使用
合适的浪涌抑制器可以有效地保护变压器免受浪涌电流的破坏。

以上是单端反激式开关电源高频变压器设计的一些关键方面。

在实际设计中，还需要进行详细的计算和仿真，以确保设计符合要求并能够实现高效率和高性能的电源变压器。

2变压器磁芯的选择与工作点的确定2．1 磁芯材料的选择从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。

磁芯的材料只有从坡莫合金、铁氧体材料、钴基非晶态合金和超微晶合金几种材料中来考虑。

坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强度B s也不是很高，且加工工艺复杂。

考虑到我们所要求的电源输出功率并不高，大约为30W，因此，综合几种材料的性能比较，我们还是选择了饱和磁感应强度B s较高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的性价比较低的锌锰铁氧体材料，并选以此材料作为框架的EI28来绕制本例中的脉冲变压器。

2．2工作点的确定根据相关资料，EC35输出功率为50W，饱和磁感应强度大约在2000Gs左右。

买来的磁芯，由于厂家提供的磁感应强度月，值并不准确，可用图2所提供的方式粗略测试一下。

将调压器接至原线圈，用示波器观察副线圈输出电压波形。

将原线圈的输入电压由小到大慢慢升高，直到示波器显示的波形发生奇变。

此时，磁芯已饱和，根据公式：U＝4．44f N1Φm可推知在工频时的Φm值。

要求不高时，可根据测算出的Φm，粗略估算出原线圈的匝数，。

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γ3)z(g／cm1)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。

开关电源高频变压器的设计要点这里将电源变压器的串并联使用作浅薄介绍。

电源变压器与一般的器件一样,应急工作时可以将其多个变压器在一定条件下进行串并联使用,如市售的电源变压器是完全可以满足要求。

变压器功率满足要求时,而没有合适的电压,可以将两个或多个变压器串联使用;在电压满足的条件下,而变压器功率不够时,又可以将两个或多个变压器并联使用,以满足电路供电要求。

电源变压器是由电感线圈构成的,所以完全遵循电感器的运算规则,即可把电源变压器初级串联,也可在输出的次级串联……现将四种情况分别介绍如下。

1．电源变压器的初级串联。

在变压器计算式中有一个常数N称为匝数比,它是初级匝数与次级匝数之比,初次级电压比关系为N,而初次级电流比关系为1／N。

例如：两个初级为220V,次级为18V的变压器,N为13,如果将两个变压器的初级串联,则在单个次级上输出电压将降到9V以下。

而这种情况是在单个变压器的次级电压高于成倍用电器电源使用情况下,可以将两个或多个变压器初级串联使用。

而如再将两个次级串联就没有多大使用价值了。

在此情况下,只要保证单个变压器的功率要求,则次级输出电压不一定相同,它的输出电压计算为：V单＝(V1次＋V2次＋……Vn次)／Vn。

2．电源变压器的次级串联。

电源变压器的次级串联是在单个功率满足情况下,而次级输出电压不满足时将两个或多个变压器的组合。

如两个变压器的初级输入为220V,次级输出为18V时,如要给负载供33V电压,则可以将两个变压器的次级串联起来应用。

电源变压器的次级串联也是很容易的,不同的次级输出只要保证单个变压器功率的条件下也是可以将其次级串联应用的。

在理想状况下多个变压器的初级输入电压相同时,总输出计算式为：V总＝V初单／(V1次＋V2次＋……Vn次)。

3．变压器的初级并联。

这种情况是我们生活中常见的实例,多个不同供电的老式彩电中的遥控变压器和主变压器(电源开关变压器)均属于变压器初级的并联。

开关电源高频变压器设计步骤步骤1确定开关电源的基本参数1交流输入电压最小值u min2交流输入电压最大值u max3电网频率F l开关频率f4输出电压V O（V）：已知5输出功率P O（W）：已知6电源效率η：一般取80％7损耗分配系数Z：Z表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0表示全部损耗发生在初级，Z=1表示发生在次级。

一般取Z=0.5步骤2根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB步骤3根据u，P O值确定输入滤波电容C IN、直流输入电压最小值V Imin1令整流桥的响应时间tc=3ms2根据u，查处C IN值3得到V imin确定C IN,V Imin值u(V)P O(W)比例系数(μF/W)C IN(μF)V Imin(V)固定输已知2~3(2~3)×P O≥90入:100/115步骤4根据u，确通用输入:85~265已知2~3(2~3)×P O≥90定V OR、V B 固定输入:230±35已知1P O≥2401根据u由表查出V OR、V B值2由V B 值来选择TVS步骤5根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比DmaxV ORDmax= ×100％ V OR +V Imin －V DS(ON)1设定MOSFET 的导通电压V DS(ON)2应在u=umin 时确定Dmax 值，Dmax 随u 升高而减小步骤6确定初级纹波电流I R 与初级峰值电流I P 的比值K RP ，K RP =I R /I Pu(V)K RP最小值(连续模式)最大值(不连续模式)固定输入:100/1150.41通用输入:85~2650.441固定输入:230±350.61步骤7确定初级波形的参数①输入电流的平均值I AVGP OI A VG=ηV Imin②初级峰值电流I PI A VG I P =(1－0.5K RP )×Dmax③初级脉动电流I Ru(V)初级感应电压V OR (V)钳位二极管反向击穿电压V B (V)固定输入:100/1156090通用输入:85~265135200固定输入:230±35135200④初级有效值电流I RMSI RMS=I P√D max×(K RP2/3－K RP+1)步骤8根据电子数据表和所需I P值选择TOPSwitch芯片①考虑电流热效应会使25℃下定义的极限电流降低10％，所选芯片的极限电流最小值I LIMIT(min)应满足：0.9I LIMIT(min)≥I P步骤9和10计算芯片结温Tj①按下式结算：Tj＝[I2RMS×R DS(ON)+1/2×C XT×(V Imax+V OR)2f]×Rθ＋25℃式中C XT是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组分布电容②如果Tj＞100℃，应选功率较大的芯片步骤11验算I P IP=0.9I LIMIT(min)1输入新的K RP且从最小值开始迭代，直到K RP=12检查I P值是否符合要求3迭代K RP=1或I P=0.9I LIMIT(min)步骤12计算高频变压器初级电感量L P，L P单位为μH106P O Z(1－η)+ ηL P= ×I2P×K RP(1－K RP/2)f η步骤13选择变压器所使用的磁芯和骨架，查出以下参数：1磁芯有效横截面积Sj（cm2），即有效磁通面积。