高频变压器详细的设计过程和计算方法

1 开关电源变换器性能指标
开关电源变换器部分原理图如图1所示。


其主要技术参数如下：
电路形式 半桥式；
整流形式 全波整流；
工作频率 f=38kHz；
变换器输入直流电压 Ui=310V；
变换器输出直流电压 Ub=14.7V；
输出电流 Io=25A；
工作脉冲占空度 D=0.25～O.85；
转换效率 η≥85％；
变压器允许温升 △τ=50℃；
变换器散热方式 风冷；
工作环境温度 t=45℃～85℃。
2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定
2.1 变压器磁芯选择
目前，高频开关电源变压器所用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。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应强度虽然高，但在假定测试频率和整个磁通密度测试范围内，它们呈现铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率制约，它们也不宜采用。虽然铁氧体材料损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状铁芯。对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成变压器是最符合其要求，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。所以，综合来考虑，变换器变压器磁芯选择功率铁氧体材料，E-E型。
2.2 工作磁感应强度确定
工作磁感应强度Bm是开关电源变压器设计中一个重要指标，它与磁芯结构形式、材料性能、工作频率及输出功率因素有关关。若工作磁感应强度选择太低，则变压器体积重量增加，匝数增加，分布参数性能恶化；若工作磁感应强度选择过高，则变压器温升高，磁芯容易饱和，工作状态不稳定。一般情况下，开关电源变压器Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些，对于铁氧体材料，工作磁感应强度选取一般在0.16T到0.3T之间。在本设计中，根据特定工作频率、温升、工作环境等因素，把工作磁感应强度定在0.2 T。

3 变压器主要设计参数计算
3.1 变压器计算功率
开关电源变压器工作时对磁芯所需功率容量即为变压器计算功率，其大小取决于变压器输出功率和整流电路形式。变换器输出电路为全波整流，
因此


式中：Pt为变压器计算功率，单位为W；
Po为变压器输出功率，单位为W；
3.2 磁芯设计输出能力确定
磁芯材料确定后，磁芯面积乘积反映了变压器输出功率能力。其磁芯面积为
PCbfans.cn提示请看下图:
式中：Ap为磁芯截面积乘积，单位为cm4；
Ac为磁芯截面积，单位为cm2；
Am为磁芯窗口截面积，单位为cm2；
Bm为磁芯工作磁感应强度，单位为T；
Kw为窗口占空系数取0.2；
Kj为电流密度系数(温升为50℃时，E形磁芯取534)。
3.3 磁芯实际输出能力
在磁芯工作状态确定后，选择磁芯结构参数应稍大于Ap值。因为该变压器散热方式是风扇冷却，磁芯实际输出能力至少应大于设计输出能力10％，若散热方式是自动冷却，则要求实际输出能力比设计输出能力大更多。查相关手册，找到符合本设计要求E型磁芯规格为E42C，尺寸为a=4.2 cm，b=2.11 cm，c=2 cm，d=1.2 cm，e=2.95 cm，f=153 cm。

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变压器的设计实例.doc