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1、电气传动《自动化技术与应用》2008年第27卷第6期ElectricalDrives高频开关电源变压器的设计分析孙筱琳,李国勇,王志海（哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150040）摘要:分析了高频变压器的电磁特性及设计方法,并给出2.5kw高频开关电源变压器的设计过程。关键词:高频功率变压器;开关电源;电磁分析中图分类号:TM433文献标识码:B文章编号:1003-7241(2008)06-0053-04TheTransformeroftheHigh-FrequencySwitchingPowerSupplySUNXi
2、ao-lin,LIGuo-yong,WANGZhi-hai(Electrical&ElectronicEngineeringCollege,HarbinUniversityScienceandTechnology,Harbin150040China)Abstract:Theelectromagneticcharacteristicofthehighfrequencytransformerisanalyzedinthepaper.Thedesignexampleofthe2.5kwtransformerofahigh-frequency
3、switchingpowersupplyisalsogiven.Keyword:highfrequencytransformer;switchingmodepowersupply;electromagneticcharacteristic1引言djdj高频变压器作为能量传送、升降压及电气隔离的e1=-N1×e2=-N2×（1）dtdt磁性元件,在开关电源中非常重要。其性能好坏不仅关系到变压器本身的效率、发热等问题,而且将决定着整其中,N、N是变压器原、副边的匝数,e、e的正1212个逆变器的技术性能,甚至导致功率管的损坏和逆变失方向与
4、φ的正方向符合右手螺旋关系。败。因此,研究变压器的设计方法还是十分必要的。假设磁通φ是磁芯并与一次、二次绕组相交链的磁通,即主磁通。那么根据公式（1）,有2高频变压器的电磁分析1j=-òe1dt（2）N1 空载时-e≈u,在高频开关电路中u波形如图2,111图1变压器原理图变压器一次绕组内流过电流i时,就会产生一个交1图2高频开关变压器原边电压变磁动势Ni,并建立交变磁通φ,如图1所示。那么根11据电磁感应定律,磁通φ将在一次和二次绕组内感生电从而可得u的表达式（一个周期）:1动势e和e,且12TìsïU1,-£t£-ÄT2ï1ï-
5、U1,0£t£Ts-ÄTu1=í2ï（3）收稿日期:2007-07-10ï0,懘梋ïîTechniquesofAutomation&Applications
6、53《自动化技术与应用》2008年第27卷第6期电气传动ElectricalDrives其中,U为高频变压器的输入脉冲电压幅值（V）,1设变压器的输出视在功率PT2=U2I2（7）T为开关工作周期（s）,ΔT=(1/2-D)T;D为驱动smaxsmax式中,P、U、I分别是变压器副边输出的视在功T222脉冲的最大占空比。率（W）,电压（V）,电流（A）。从而有dj由电磁感应定律e
7、2=-N2×知,次级绕组上感dtì1tTs应电势幅值为:ïò1U1dt,-£t£-ÄTN1-Ts2U1ï21ï1t1E2=N2×=2fsBmN2Ae×（8）j=í-òU1dt,0£t£Ts-ÄTNDN021maxï1ï取Dmax=0.5（Dmax的实际值永远小于0.5）,那么ïî0,懘梋E2=4fsBmN2Ae（9）ìU11Tsï(t+Ts),-£t£-ÄT忽略次级绕组中的铜阻,则ïN122ïU11（4）U=E=4fBNA（10）=í-t,0£t£Ts-ÄT22sm2eïN12ïUïN=2î0,其余从而2（11）4fsBmAe由公式（
8、4）可以得到φ与时间的关系图为那么PT2=4fsBmN2Ae´I2（12）因为A=A·N,w2xs2那么I=J·A=J·A/N;（13）2xsw22故PT2=4fsBmAe×JAw2（14）式中,A为次级绕组裸导线截面积（cm2）,A为w2xs次级裸线面积（cm2）;J是电流密度（A/cm2）。当次级绕组为多个时,次级总视在功率就是各次级绕组视在功率之和,即PT2=åPT2i（i=1,2,3,⋯）（15）同理,在忽略初级铜阻的情况下,图3高频变压器主磁通于是,有PT1=U1I1=4fsBmAe×JAw1（16）æTsöU11U1式中,
9、PT1、U1、I1分别是变压器原边输出的视在功j(-DT)-jç-÷=jm-0=(Ts-ÄT)=DmaxTs=DBmAe(5)è2øN12N1率（W）,电压（V）,电流（A）;式中,ΔBm为磁通密度增量（T）,Ae为磁芯
