高频变压器设计实例

开关电源分析

最近在忙变压器设计软件优化，没怎样上号，今天看到一个私信有点意思，问的是怎么才能做出一个比较好的高频变压器。
  据我自己的设计经验总结出个人觉得比较有用的条件，希望有所帮助。
  1、一个比较好的变压器一定要满足输入端和输出端线圈比的准确性，而且绕组的变化比要比较优秀，简单来说就是在一定的输入电压范围内，尤其是在输入电压最低时，输出电压都能得到我们所需要的输出电压
  2、一个好的变压器即使在最恶劣的条件下，比如在输出电压最高时，同时占空比最大的情况下，磁芯都不能饱和；
  3、在电源输出功率最大的情况下，变压器的温升也一定要在允许的范围内；
  4、对于正向激励电路，变压器一次绕组的电感和开关元件电容进行谐振时，在谐振频率高于开关工作频率的范围内，变压器的电感值应该足够大；对于回归电路，应是获得需要功率时的电感值。
  5、变压器一次绕组和二次绕组的损耗应该相等，铜损和铁损也应该相等，损耗应该足够低；
  6、一次侧和二次侧绕组之间的漏感应该要尽量小
  7、变压器要符合必要的安全规格
  这些都是比较基本的要求，下面为一个全桥式变压器的设计步骤，如果有兴趣的朋友可以一起探讨。
  我们先画一个简单的线路图，这样说起来有对照更容易理解，原理图如下：

cbhts42ttva64069392542.png

  设计的第一步就是确定变压器的设计技术参数：
  输入电压Vi范围：240V--280V；
  输出电压Vo为：24V
  输出电流Io为：20A
  电源开关频率为：50KHz
  最大占空比为：0.6
  第一步根据输出电压和输出电流计算出变压器输出功率；根据公式Po=Vo*Io；我们知道变压器的输出功率等于变压器输出端电压和输出端电流之间的乘积，那么变压器输出电流又和电源输出端电流相等等于Io；变压器输出端电压等于电源输出电压加上电感的压降再加上D1的压降，这个压降我们一般取1.2V左右，所以变压器的输出端功率Po=（Vo+Vf）*Io=（24+1.2）*20=504V，查磁芯表，因为PQ40/40最大输出为596W，符合我们的要求，所以我们选择PQ40/40磁芯。
  查找表可知，N1T=0.147匝，那么NP=VR*N1T=260*0.147=38匝
      NS=（VO+VF）*NP/(Vi*Dmax)=(24+1.2)*38/(260*0.6)=6匝
  从表里可以查到Acw Ko=360*0.28=100.8mm2；这里，如果一次绕组和二次绕组的截面积按照1：根号2的比例分配；那么Sp=Acw*Ko/（NP*(1+根号2））=1.099mm2=0.7*0.7*2
  所以一次绕组用38匝，φ0.7的两根线并绕。
  二次绕组由于中心带抽头，其绕组匝数变为2倍，因此有Ss=Acw*Ko*根号2/(2*Ns*根号2（1+根号2））=5.00mm2=0.6*0.6*14
  所以二次绕组匝数为6匝*2.使用φ0.6的14根线并绕。
  我们设计高频变压器时不仅要考虑变压器磁芯的饱和问题，还要考虑其损耗均衡的问题，这样才能设计出最佳的变压器。