开关电源中变压器的设计

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1、开关电源中变压器的设计开关电源为电子设备提供稳定的功率输出，它的性能好坏直接决定了电子产品的质量，而这种电源性能又与变压器设计优劣密切相关。可以说变压器在幵关电源屮占裾着关键作用，决定着电路的关键技术参数指标及工作状态，因此对于大多数电源而言，电源的设计归根结底就是变压器的设计。开关电源属于一种高频供电系统，频率高必然使变压器体积降低，传递的能量密度升高，温升变大；同时在高频环境下，变压器绕线中的寄生电容很容易与电路中的电感发生谐振，产生噪音，恶化电源的电磁兼容性能。但是在磁性元件没有重大的技术突破之前，这些问题始终会存在，因此

2、我们只能通过其它的方式来对变压器进行优化，从而提高幵关电源的整体性能。1开关电源变压器的设计步骤变压器是开关电源的核心，它直接决定了一个电源的技术指标，因此变压器的设计至关重要。本文以反激式开关电源为例对变压器进行分析。在设计一个开关变压器之前，要通过理论分析计算出原副边匝数、反馈绕组匝数、原边电感量、磁芯的Ap值、绕组线径大小，要注意的是计算出来的数据仅仅是参考，不能脱离实际。当这些关键参数都被大致确定后，就可以进行变压器的实际设计了。本论文就第4.3章节中的基于SE8510的LED电源进行变压器设计，通过计算得出原边匝数为5

3、4,原边绕组线径为0.5mm,副边匝数为50,副边线圈线径为0.4mm,原边电感量为0.58mH。磁芯Ap值为0.2593cm4,1.1.磁芯选择开关变压器的磁芯体积大小与功率成正比，因此功率越大变压器体积越大。在用Ap法选择磁芯时要同时兼顾电路的工作频率、PCB的布线形状、环境温度和允许的温升等应用情况，AP法公式如下：peak2?Lp?(IP)?104?Ap????450?0.3?B?(1.1)max??根据公式(1.1)计算出Ap值为0.2593cm，查表选择EFD25磁芯，EFD25的Ap值为0.3938cm4，这样可以

4、保证一定的裕量，降低电路损耗。1.2骨架线圈绕制磁芯选择好以后，根据相应的骨架幅宽及绕组线径大小确定合适的匝数，遵循的原则就是让每一层的绕线占满整个幅宽，如图6.1为变压器骨架侧视图。如果实在无法绕满的话，则多的那几圈初级绕组要密绕，次级绕组要均绕，密绕就是漆包线一圈紧挨着一圈的绕制方式，均绕就是漆包线圈与圈之间留冇均匀空隙4的绕制方式，如图1.2所示。1.1骨架幅宽定义Fig.1.1Skeletonwidthdefined1.2两种导线在骨架上的绕制方式Fig.1.2Twokindsofwirewindingontheskel

5、eton由予高频导线的集肤效应，规定初级线径不能超过0.4mm，如果超过就需要用多跟导线并联。次级最好用三层绝缘线绕制，因为次级电流较大，导线发热严重，使用绝缘性能好的线可以有效降低损耗。辅助绕组电压电流都非常低，一般使用0.15mm的导线就可满足要求。本次设计中初级线校为0.5mm，因此我采用两根0.25mm的导线并绕，次级选择0.4mm的三层绝缘线，根据漆包线规格表査出，0.25mm的导线实际线径为0.3mm,0.4mm的三层绝缘线实际线径为0.6mm。通过测量得EFD25骨架的幅宽为16.5mm，则初级与次级绕制一圈的匝数

6、为1.2)0.3mm(1.3)0.6mmNl?16.5mm?55N2?16.5mm?27故初级绕55匝，次级绕54匝，满足计算出的最小匝数要求。当线径与匝数都确定以后，就可以利用手动绕线机进行绕制了。在绕制过程屮有两点需耍注意：第一，根据电路实物图在骨架上找到相对应的引脚，A、B点为变压器初级两端，对应变压器1、2脚，C、D点为变压器次级两端，对应9、10脚，E、F点为变压器辅助绕组两端，对应3、4脚。第二，保证同名端处的绕线方向一致，图6.3中A、D、F互为同名端，那么线圈在骨架上的绕制顺序为1—2、9—10、4一3。图1.3

7、骨架俯视图及绕组相位图Fig.1.3Skeletontopviewandwindingphasediagram1.3磁芯中柱磨气隙反激式电源的磁芯需要进行中柱磨气隙，否则磁芯会很容易饱和，如图1.4所示。在开气隙时采用边磨气隙边测初级电感的方法，当初级电感量达到0.58mH时就证明气隙磨好了。由丁•气隙会使空气介入，相当丁•串入一个大磁阻介质，故气隙越大，电感量越小，变压器能储存的能量越多为了保证变压器的稳定工作，气隙不能幵太大，因为能量主要是存储在气隙里，气隙过大会使漏感增加，对EMC和效率都有影响；气隙也不能开太小，气隙过小

8、会导致变压器能够储存的能量变少，当气隙无法容纳正常工作电感所产生的能量时，磁芯就会饱和从而损坏变压器。图1.4磁芯开气隙对磁滞回线的影响Fig.1.4MagneticcoreKaiQigap'sinfluenceonhysteresisloop根据公式：