1、設計變壓器的基本公式為了確保變壓器在磁化曲線的線性區工作，可用下式計算最大磁通密度（單位：T）Bm=(Up× 104)/KfNpSc式中： Up 變壓器一次繞組上所加電壓（V）f 脈沖變壓器工作頻率（Hz)Np 變壓器一次繞組匝數（匝）Sc 磁心有效截面積（ cm2 ）K 系數，對正弦波為4.44, 對矩形波為 4.0一般情況下，開關電源變壓器的Bm 值應選在比飽和磁通密度Bs 低一些。變壓器輸出功率可由下式計算（單位：W）Po=1.16BmfjScSo×105式中： j 導線電流密度（ A/mm2）Sc 磁心的有效截面積（ cm2)So 磁心的窗口面積（ cm2 ）3 對

2、功率變壓器的要求（ 1）漏感要小圖 9 是雙極性電路（半橋、全橋及推挽等）典型的電壓、電流波形，變壓器漏感儲能引起的電壓尖峰是功率開關管損壞的原因之一。圖 9 雙極性功率變換器波形功率開關管關斷時電壓尖峰的大小和集電極電路配置、 電路關斷條件以及漏感大小等因素有關，僅就變壓器而言，減小漏感是十分重要的。（ 2）避免瞬態飽和1一般工頻電源變壓器的工作磁通密度設計在B H 曲線接近拐點處， 因而在通電瞬間由于變壓器磁心的嚴重飽和而產生極大的浪涌電流。它衰減得很快， 持續時間一般只有幾個周期。 對于脈沖變壓器而言如果工作磁通密度選擇較大， 在通電瞬間就會發生磁飽和。 由于脈沖變壓器和功率開關管直接相

3、連并加有較高的電壓，脈沖變壓器的飽和，即使是很短的幾個周期，也會導致功率開關管的損壞，這是不允許的。所以一般在控制電路中都有軟啟動電路來解決這個問題。（ 3）要考慮溫度影響開關電源的工作頻率較高，要求磁心材料在工作頻率下的功率損耗應盡可能小，隨著工作溫度的升高， 飽和磁通密度的降低應盡量小。 在設計和選用磁心材料時，除了關心其飽和磁通密度、 損耗等常規參數外， 還要特別注意它的溫度特性。一般應按實際的工作溫度來選擇磁通密度的大小， 一般鐵氧體磁心的 Bm 值易受溫度影響，按開關電源工作環境溫度為 40 考慮，磁心溫度可達 60 80 ，一般選擇 Bm=0.2 0.4T ，即 2000 4000

4、GS 。（ 4）合理進行結構設計從結構上看，有下列幾個因素應當給予考慮：漏磁要小，減小繞組的漏感；便于繞制，引出線及變壓器安裝要方便，以利于生產和維護；便于散熱。4 磁心材料的選擇軟磁鐵氧體， 由于具有價格低、 適應性能和高頻性能好等特點， 而被廣泛應用于開關電源中。軟磁鐵氧體，常用的分為錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體兩大系列， 錳鋅鐵氧體的組成部分是 Fe2O3 ，MnCO3 ，ZnO ，它主要應用在 1MHz 以下的各類濾波器、電感器、變壓器等，用途廣泛。而鎳鋅鐵氧體的組成部分是 Fe2O3 ，NiO ，ZnO等，主要用于 1MHz 以上的各種調感繞組、抗干擾磁珠、共用天線匹配器等。在開關電源中應

5、用最為廣泛的是錳鋅鐵氧體磁心， 而且視其用途不同， 材料選擇也不相同。用于電源輸入濾波器部分的磁心多為高導磁率磁心， 其材料牌號多為 R4K R10K ，即相對磁導率為 4000 10000 左右的鐵氧體磁心， 而用于主變壓器、輸出濾波器等多為高飽和磁通密度的磁性材料，其 Bs 為 0.5T （即 5000GS ）左右。開關電源用鐵氧體磁性材應滿足以下要求：2（ 1）具有較高的飽和磁通密度Bs 和較低的剩余磁通密度Br磁通密度 Bs 的高低，對于變壓器和繞制結果有一定影響。從理論上講， Bs 高，變壓器的繞組匝數可以減小，銅損也隨之減小。在實際應用中， 開關電源高頻變換器的電路形式很多， 對于

6、變壓器而言， 其工作形式可分為兩大類：1 ）雙極性。電路為半橋、全橋、推挽等。變壓器一次繞組里正負半周勵磁電流大小相等，方向相反，因此對于變壓器磁心里的磁通變化， 也是對稱的上下移動， B 的最大變化范圍為 B=2Bm ，磁心中的直流分量基本抵消。2 ）單極性。電路為單端正激、單端反激等，變壓器一次繞組在1 個周期內加上1 個單向的方波脈沖電壓（單端反激式如此） 。變壓器磁心單向勵磁，磁通密度在最大值 Bm 到剩余磁通密度 Br 之間變化，見圖 7 ，這時的 B=Bm Br ，若減小 Br ，增大飽和磁通密度 Bs，可以提高 B ，降低匝數，減小銅耗。（ 2）在高頻下具有較低的功率損耗鐵氧體的

7、功率損耗，不僅影響電源輸出效率，同時會導致磁心發熱，波形畸變等不良后果。變壓器的發熱問題，在實際應用中極為普遍，它主要是由變壓器的銅損和磁心損耗引起的。如果在設計變壓器時， Bm 選擇過低，繞組匝數過多，就會導致繞組發熱，并同時向磁心傳輸熱量，使磁心發熱。反之，若磁心發熱為主體，也會導致繞組發熱。選擇鐵氧體材料時， 要求功率損耗隨溫度的變化呈負溫度系數關系。這是因為，假如磁心損耗為發熱主體， 使變壓器溫度上升， 而溫度上升又導致磁心損耗進一步增大，從而形成惡性循環， 最終將使功率管和變壓器及其他一些元件燒毀。因此國內外在研制功率鐵氧體時，必須解決磁性材料本身功率損耗負溫度系數問題，這也是電源用

8、磁性材料的一個顯著特點，日本TDK 公司的 PC40 及國產的R2KB 等材料均能滿足這一要求。（ 3）適中的磁導率相對磁導率究竟選取多少合適呢？這要根據實際線路的開關頻率來決定， 一般相對磁導率為 2000 的材料，其適用頻率在 300kHz 以下，有時也可以高些，但最高不能高于 500kHz 。對于高于這一頻段的材料， 應選擇磁導率偏低一點的磁性材料，一般為 1300 左右。（ 4）較高的居里溫度居里溫度是表示磁性材料失去磁特性的溫度，一般材料的居里溫度在200 以3上，但是變壓器的實際工作溫度不應高于 80 ，這是因為在 100 以上時，其飽和磁通密度 Bs 已跌至常溫時的 70 。因此

9、過高的工作溫度會使磁心的飽和磁通密度跌落的更嚴重。再者，當高于 100 時，其功耗已經呈正溫度系數，會導致惡性循環。對于 R2KB2 材料，其允許功耗對應的溫度已經達到 110 ，居里溫度高達 240 ，滿足高溫使用要求。5 開關電源功率變壓器的設計方法5.1 雙極性開關電源變壓器的計算設計前應確定下列基本條件： 電路形式 ,開關工作頻率 , 變壓器輸入電壓幅值 ,開關功率管最大導通時間 , 變壓器輸出電壓電流 , 輸出側整流電路形式，對漏感及分布電容的要求，工作環境條件等。（ 1）確定磁心尺寸1 ）求變壓器計算功率PtPt 的大小取決于變壓器輸出功率及輸出側整流電路形式：全橋電路，橋式整流：

10、Pt=(1 1/n)Po半橋電路，雙半波整流：Pt=(1/n )Po 推挽電路，雙半波整流： Pt=(/n )Po 式中： Po=UoIo ，直流輸出功率。Pt 可在（ 2 2.8 ）Po 范圍內變化，Po 及 Pt 均以瓦（W ）為單位。n=N1/N2,變壓匝數比。2 ）確定磁通密度BmBm 與磁心的材料、 結構形式及工作頻率等因素有關， 又要考慮溫升及磁心不飽和等要求。對于鐵氧體磁心多采用 0.3T （特斯拉）左右。3 ）計算磁心面積乘積SpSp 等于磁心截面積Sc （ cm2 ）及窗口截面積So （cm2 ）的乘積，即Sp=ScSo=(Pt× 104)/4BmfKwKj1.16

11、(cm4)式中： Kw 窗口占空系數，與導線粗細、繞制工藝及漏感和分布電容的要求等有關。一般低壓電源變壓器取 Kw=0.2 0.4 。Kj 電流密度系數，與鐵心形式、溫升要求等有關。對于常用的 E 型磁心，當溫升要求為 25 時， Kj=366 ；要求 50 時， Kj=534 。環型磁心，當溫升要求為 25 時， Kj=250; 要求 50 時， Kj=365 。由 Sp 值選擇適用于或接近于Sp 的磁性材料、結構形式和磁心規格。4（ 2）計算繞組匝數1 ）一次繞組匝數： N1=(Up1ton× 10 2)/2BmSc(匝)式中： Up1 一次繞組輸入電壓幅值（V ）ton 一次繞

12、組輸入電壓脈沖寬度（s）2 ）二次繞組匝數： N2=(Up2N1）/Up1 （匝）Ni=(UpiN1） /Up1( 匝 )式中： Up2Upi 二次繞組輸出電壓幅值（V）（ 3）選擇繞組導線導線截面積 Smi=Ii/j(mm2)式中： Ii 各繞組電流有效值（ A）j 電流密度j=KjSp0.14 ×10 2(A/mm2)（ 4）損耗計算1 ）繞組銅損 Pmi=Ii2Rai(W)式中： Rai 各繞組交流電阻（ ），Ra=KrRd ， Rd 導線直流電阻， Kr 趨表系數 ,Kr=(D/2)2/(D ) ·,D 圓導線直徑（ mm ）， 穿透深度（ mm ），圓銅導線=66

13、.1/f0.5（f ：電流頻率， Hz ）變壓器為多繞組時，總銅損為Pm= Ii2Rai(W)52 ）磁心損耗 Pc=PcoGc式中： Pco 在工作頻率及工作磁通密度情況下單位質量的磁心損耗（ W/kg ）Gc 磁心質量（ kg ）3 ）變壓器總損耗Pz=Pm Pc（W ）（ 5）溫升計算變壓器由于損耗轉變成熱量， 使變壓器溫度上升， 其溫升數值與變壓器表面積 ST 有關 ST=式中： Sp 磁心面積乘積（ cm4 ）KS 表面積系數， E 型磁心 KS=41.3，環型磁心 KS=50.95.2 單極性開關電源變壓器的計算設計前應確定下列基本條件： 電路形式，工作頻率， 變換器輸入最高和最低

14、電壓，輸出電壓電流，開關管最大導通時間，對漏感及分布電容的要求，工作環境條件等。（ 1）單端反激式計算1 ）變壓器輸入輸出電壓一次繞組輸入電壓幅值 UP1=Ui U1式中： Ui 變換器輸入直流電壓（ V） U1 開關管及線路壓降（ V）二次繞組輸出電壓幅值 UP2=U02 U2UPi=U0i Ui6式中： U02U0i直流輸出電壓（ V） U2 Ui 整流管及線路壓降（ V）2 ）一次繞組電感臨界值 (H)式中： n 變壓器匝數比 n=tonUp1/toffUp2ton 額定輸入電壓時開關管導通時間（ s）toff 開關管截止時間（ s）T 開關電源工作周期（ s）， T=1/f ， f：工

15、作頻率（ Hz ）Po 變壓器輸出直流功率（ W ）通常要求一次繞組實際電感Lp1Lmin3) 確定工作磁通密度單端反激式變壓器工作在單向脈沖狀態，一般取飽和磁通密度值（ Bs ）的一半，即脈沖磁通密度增量 Bm=BS/2(T)4 ）計算磁心面積乘積Sp=392Lp1Ip1D12/Bm(cm4)式中： Ip1 一次繞組峰值電流Ip1=2Po/Up1minDmax(A)式中： Up1min 變壓器輸入最低電壓幅值（V ）Dmax 最大占空比， Dmax=tonmax/TD1 一次繞組導線直徑（ mm ），由一次繞組電流有效值I1 確定，單向脈沖時7I1=Ip1（ton/T ）0.55 ）空氣隙長

16、度lg=0.4 Lp1Ip12/Bm2SC(cm)6 ）繞組匝數計算一次繞組，有氣隙時N1= Bmlg × 104/0.4 Ip1(匝) 無氣隙時 ( 匝)式中： LC 磁心磁路長度（ cm ）e磁心有效磁導率，由工作的磁通密度和直流磁場強度及磁性材料決定，查閱磁心規格得出。二次繞組 N2=Up2(1 Dmax)/Up1minDmaxN1Ni=Upi(1Dmax)/UpiminDmaxN1（2 ）單端正激式計算單端正激式電路工作的特點是一、 二次繞組同時工作， 另加去磁繞組， 因此計算方法與雙極性電路類似。1 ）二次繞組峰值電流等于直流輸出電流，即IP2=I022 ）二次繞組電壓幅值開關電源功率變壓器的設計方法Up2=(Uo2 U2)/D(V)式中： Uo2 輸出直流電壓（ V）U2 整流管及線路壓降（ V）D 額定工作狀態時的占空比D=ton/T3 ）變壓器輸出功率8P2= (DUp2Ip2)(W)式中： Up2 變壓器輸出電壓幅值（V）Ip2