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高频变压器设计方法

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8、效率η；
9、温升∝。
二、计算步骤：
1、计算视在功率PT；
视在功率PT因工作电路不同而别，如下图：

7、选用磁芯型式；

高频变压器的设计方法之一
一、设计条件：
1、工作电路；
2、原边电压Vp；
3、输出电压Vo；
4、输出电流Io；
5、开关工作频率fs；
6、工作磁通密度Bw；

AP=Aw · Ae
视在功率与线路结构关系
线路（b） PT=Po（ + 1 ）
线路（a） PT=Po（1+ ）
线路（b） PT=Po（ + √ ）

AP值是磁芯窗口面积Aw与磁芯有效截面积Ae的乘积，即
各种磁芯的AP示意图如下：

1
η

1
η

1
η
2

Aw
G
DAe

EI叠片铁芯
Aw
G

G
E

Ae

C型铁芯

Ae

Aw
环形铁芯

R
Po
Pi

( b )
R
Po

Pi

N1=N2

( a )
Po

( c )
AP=（ ）
Kj Kj
（允许温（允许温
升25℃）升50℃）

Pcu = Pfe433632-0.1733.84814.5
Pcu＞Pfe403590-0.1232.558.813.1Pcu = Pfe323468-0.1439.266.617.9Pcu＞Pfe395569-0.1444.576.625.6Pcu = Pfe366534-0.1241.368.219.7Pcu = Pfe250365-0.1350.982.325AeAwLeWtMl其中： V01=KvAP0.75 Wt=KwAP0.75 As=KsAP0.5根据选取的磁芯，查出（计算）出如下参数： Le ——磁芯有效磁路长度（cm）； Wt ——磁芯重量（KG）； Ml ——绕组平均匝长（cm）。式中： AP ——为Aw和Ae两面积乘积（cm4）； PT ——变压器视在功率（w）；铁芯种类耗损 Bw ——工作磁通密度（T）； Fs ——开关工作频率（Hz）； Ko ——窗口使用系数，一般取0.4； Kf ——波形系数，方波Kf =4.0，正弦波Kf =4.44； Kj ——电流密度比例系数； X ——与磁芯有关常数。各种磁芯结构常数如下表：KvXKsKw带绕铁芯金属叠片磁芯铁粉磁芯
一般罐形（配线）磁芯

C型铁芯
单线圈

J= KjAP
X

Ae
Aw

带绕铁芯

Aw
G

Ae
罐形铁芯
KoKf FsBwKj

PT×10
4
1
1 + X
Np=（匝）
Ip=(A)
（A/cm2）

（cm）
（cm2）

（Ω）
（W）

3、计算原边绕组匝数Np：
Ml = a1 + b1 + 0.95 （ a2 + b2 ）
其中：a1 + b1 为骨架内径尺寸的1/2 ；
a2 + b2 为骨架外径尺寸的1/2。

平均匝长计算如下图：

4、计算原边电流I p：
5、计算电流密度J：
J=Kj（Aw · Ae）
X

6、计算原边绕组裸线直径dP和截面积Axp：

Ppcu = I p2Rp
8、计算副边绕组匝数：

dP=1.13
※式中，在有中心抽头电路时，Ip需乘0.707的修正因素，根据计算的dP值选取初级导线，
并查出带漆皮的线径、截面积和每cm电阻（Ω/cm）值。

Axp=

Vo′ = Vo+V
DF

7、计算原边绕组电阻值Rp和原边铜损Ppcu：
Rp=Ml×Np×Ω/cm

a1
a2

b
2
b
1

Vp×10
4
KfFsBwAe

Po
Vpη

I p×（0.707）
※
J

I p×（0.707）
※
J
Ns =
（cm） Axs = （cm2）（Ω）（W）（W） P∑ =（W）（W） ×（W） dS = 1.13
选取副边绕组导线直径，查出带漆皮导线的线径、截面积和每cm电阻（Ω/cm）。

Pcu = Ppcu + Pscu

式中：Vo
′
——副边总电压；

V
DF
——输出二极管压降。

9、 计算副边绕组裸线直径dS和截面积Axs：

12、计算在效率η下允许的总损耗P∑：
13、计算允许之铁损Pf e：
Pf e = P∑ Pcu

10、计算副边绕组电阻值和副边铜损；
Rs = Ml×Ns×Ω/cm

Pscu = I o2Rs
11、计算变压器总铜损 Pcu：

15、验算：
若Pf e′＜Pf e，设计通过；
若Pf e′＞Pf e，应重新选择磁芯进行计算。

14、计算变压器铁损Pf e′：
根据磁芯的损耗曲线，查出在f s和Bw条件下，单位重量的功耗W/KG值，由下式计
算磁芯功耗。

Pf e′=

NpVo
′
Vp

I o×（0.707）
J

I o×（0.707）
J

Po
η
Po

W
KG
Wt

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工程师实例为你讲解电源高频变压器的设计方法

工程师实例为你讲解电源高频变压器的设计方法

工程师实例为你讲解电源高频变压器的设计方法
设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。

 设计目标：电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz，输出电压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。

 设计步骤：
 计算高频变压器初级峰值电流Ipp
 由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会达到峰值，此值等于功率管的峰值电流。

由电感的电流和电压关系V=L*di/dt可知：
 输入电压：Vin(min)=Lp*Ipp/Tc
 取1/Tc=f/Dmax，则上式为：
 Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax
 其中：V in：直流输入电压，V
 Lp：高频变压器初级电感值，mH
 Ipp：变压器初级峰值电流，A
 Dmax：最大工作周期系数
 f：电源工作频率，kHz
 在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：
 Pout=1/2*Lp*Ipp2*f
 将其与电感电压相除可得：
 Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f)
 由此可得：。

正激式高频变压器设计公式

正激式高频变压器设计公式


2
�
f s :为变换器的开关频率;
K :为变压器的窗口系数; 在三绕组去磁正激变换器中, D max
η 1 :为变换器在低限满载时的效率.
= 0.48 , KT = D max ≈ 0.69
Bm = ( B max Br ) / 2
( B max Br ) / 2 , B max p Bs
第 I,III 象限激磁/去磁的拓扑: Bm
= B max , B max p Bs
1
正激变换器中的高频变压器设计公式
J :为变压器原副边导线的电流密度( A / mm 2 ) ;
WaAc =
0.69 Po max × 10 6 (cm ) 4 Bmf sKJη1
在谐振去磁或有源去磁正激变换器中, D max
= 0.7 , KT = D max ≈ 0.84
Bm = BLeabharlann max0.84 Po max × 10 6 WaAc = (cm ) 4 Bmf sKJη1
显然,后者的变压器大小要比前者小.
正激变换器中的高频变压器设计公式
正激变换器中的高频变压器设计公式
张兴柱 博士 (1) :电路图
Vin
去磁 电路
ip (t)
vp (t ) Np
Φ
i s (t )
Vo
vs (t )
Ns
(2) :主要波形
v p (t )
三绕组去磁单正激
V in
dT
s
dT s T s V in
有源箝位正激
B (t ) Br
B
max
is (t ) I o
(3) :面积积公式
WaAc
=
KTPo max × 10 6 (cm ) 4 Bmf sKJη1
高频变压器屏蔽的设计

高频变压器屏蔽的设计

高频变压器的一种屏蔽设计供电电源系统采用的高频变压器和电感器，如阴极射线管（CRT）显示器用的回扫变压器，通常，其幅射磁场很强，但因为这种变压器的工作频率与CRT的行偏转频率一致，故其辐射磁场对视觉效果不会造成明显的影响。

然而，在一些超高分辨率的CRT显示器中，由于行偏转频率随着高速扫描而提高，电源变压器的工作频率不能与其保持一致，供电电源只能在比CRT扫描频率低的某一频率工作。

这种情况下，即使电源的工作频率完全与工作在CRT扫描频率的某一谐波频率相一致，电源变压器的电磁辐射依然会对CRT显示器的图象造成明显的干扰，使视觉效果变差，工作频率越高，干扰越显著。

对高频电源变压器进行电磁屏蔽，多数设计成将变压器整体地封闭在一个密封的金属盒内，有时把驱动电路的部件也包括在内。

采用这种屏蔽结构时，为防止在高压绕组和金属盒内之间可能产生的飞弧，两者中间要留有足够大的空隙。

所以，这种屏蔽结构对电磁场的屏蔽效果是不理想的，同时还在CRT显示器中占据相当大的空间。

再一种屏蔽结构是将变压器整体地灌封在具有高介电常数的绝缘材料中，形成一体化无间隙结构。

这种灌注成整体结构的问题是：要使灌封达到无间隙，工艺操作上有相当难度；由于以环氧树脂为代表的灌封材料的位移电荷在封装材料表面形成高电位，将通过较低介电常数的空气向有足够电位差的表面形成飞弧。

2屏蔽方式与设计2.1屏蔽方式本设计所采用的高频电源变压器的屏蔽结构由三部分组成：磁路、安装在磁路上的绕组、外表面层的等场强结构的屏蔽罩，其包括大部分在电气特性上与磁路完全一致的连续磁环路及部分绕组组件。

同时，为了防止飞弧，还要在绕组部件有较高电场强度表面一定的距离上，用空气隙和环氧树脂来增加强电场区域的屏蔽层厚度。

这里介绍这种屏蔽的一个典型设计实例：在紧靠高频变压器绕组较低电场区域设置一个电气特性上连续的屏蔽环路；在较高电场区域靠近绕组的外围设置另一个电气特性上连续的屏蔽环路，它应与绕组保持足够的空间距离，以防止屏蔽环内部电介质（这里指空气与环氧树脂）电击穿。

高频变压器的设计

高频变压器的设计


组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕
一半原绕组的排列形式，这样有利于减小漏感。
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5.组装结构：
高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果
选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组
装结构。
6.温升校核：
温升校核可以通过计算和样品测试进行。实验温升低
于允许温升15度以上，适当增加电流密度和减小导线
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2
2.磁芯结构 选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感，
增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配 接线方便等。
漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需 要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。
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3.磁芯参数： 磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是 受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工 作方式有关。 磁通单方向变化时：ΔB=Bs-Br，既受饱和磁通 密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又 会影响磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB 开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励 磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。对于磁通双向工作 而言： 最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。在双方向变化工作 模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面 积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯中加一个小气隙， 或者在电路设计时加隔直流电容。
●高频变压器设计程序： 1.磁芯材料 2.磁芯结构 3.磁芯参数 4.线圈参数 5.组装结构 6.温升校核
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1.磁芯材料 软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。