反激式开关电源变压器参数的计算

hack100000 · 发表于 2009-7-19 23:27:59

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反激式开关电源变压器参数的计算
反激式开关电源变压器的参数计算与正激式开关电源变压器的参数计算相比，除了变压器初级线圈的匝数和伏秒容量，变压器初、次级线圈的匝数比，以及变压器各个绕组的额定输入或输出电流或功率以外，还需要特别注意考虑变压器初级线圈的电感量。反激式开关电源变压器对初级线圈的电感量要求，与正激式开关电源变压器对初级线圈的电感量要求，几乎完全不同。
对于正激式开关电源变压器对初级线圈电感量的要求，如果不考虑变压器初级线圈本身的电阻损耗，以及变压器的体积和成本，则初级线圈的匝数是越多越好，电感量也是越大越好；而反激式开关电源变压器对初级线圈的电感量要求，则要求变压器在满足伏秒容量的前提下，对变压器初级线圈电感的大小也有特别要求，就是求变压器初级线圈电感存储的能量必须满足向负载提供功率输出的要求。
关于开关电源变压器的工作原理以及参数设计后面还要更详细分析，这里只做比较简单的介绍。
1-7-3-2-1．反激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算
反激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算与正激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算方法基本相同，请参考前面“1-6-3．正激式变压器开关电源电路参数计算”中的“2.1 变压器初级线圈匝数的计算”章节中的内容。
反激式开关电源变压器初级线圈的最少匝数与（1-95）式完全相同，即：

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式中，N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数，S为变压器铁心的导磁面积（单位：平方厘米），Bm为变压器铁心的最大磁感应强度（单位：高斯），Br为变压器铁心的剩余磁感应强度（单位：高斯），Br一般简称剩磁，τ = Ton，为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度（单位：秒），一般τ取值时要留预留20%以上的余量，Ui为工电压，单位为伏。式中的指数是统一单位用的，选用不同单位，指数的值也不一样，这里选用CGS单位制，即：长度为厘米（cm），磁感应强度为高斯（Gs），磁通单位为麦克斯韦（Mx）。
（1-120）式中，Ui×τ 为变压器的伏秒容量，即：伏秒容量等于输入脉冲电压幅度与脉冲宽度的乘积，这里我们把伏秒容量用US来表示。伏秒容量US表示：一个变压器能够承受多高的输入电压和多长时间的冲击。在一定的变压器伏秒容量条件下，输入电压越高，变压器能够承受冲击的时间就越短，反之，输入电压越低，变压器能够承受冲击的时间就越长；而在一定的工作电压条件下，变压器的伏秒容量越大，变压器铁心中的磁感应强度就越低，变压器的铁芯就更不容易饱和。变压器的伏秒容量与变压器的体积以及功率无关，而只与磁通的变化量有关。
必须指出Bm和Br都不是一个常量，当流过变压器初级线圈的电流很小时，Bm是随着电流增大而增大的，但当电流再继续增大时，Bm将不能继续增大，这种现象称磁饱和。变压器要避免工作在磁饱和状态。为了防止脉冲变压器饱和，一般开关变压器都在磁回路中留一定的气隙。由于空气的导磁率与铁心的导磁率相差成千上万倍，因此，只要在磁回路中留百分之一或几百分之一的气隙长度，其磁阻或者磁动势将大部分都落在气隙上，因此磁心也就很难饱和。
在没有留气隙的变压器铁心中的Bm和Br的值一般都很高，但两者之间的差值却很小；留有气隙的变压器铁心，Bm和Br的值一般都要降低，但两者之间的差值却可以增大，气隙留得越大，两者之间的差值就越大，一般Bm可取1000~4000高斯，Br可取500~1000。
反激式开关电源变压器铁芯的气隙要求比正激式开关电源变压器铁芯的气隙大，这是因为反激式开关电源的输出功率，对变压器初级线圈的电感量有要求。
顺便指出，变压器铁芯的气隙留得过大，变压器初、次级线圈之间的耦合系数会降低，从而使变压器初、次级线圈的漏感增大，降低工作效率，并且还容易产生反电动势把电源开关管击穿。