開關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計方法

Np——變壓器一次繞組匝數(shù)（匝）

Sc——磁心有效截面積（cm2）

K——系數(shù)，對正弦波為4.44,對矩形波為4.0

一般情況下，開關(guān)電源變壓器的Bm值應(yīng)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×10－5

式中：j——導(dǎo)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）

三、對功率變壓器的要求

（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(guān)管損壞的原因之一。

圖9雙極性功率變換器波形

功率開關(guān)管關(guān)斷時電壓尖峰的大小和集電極電路配置、電路關(guān)斷條件以及漏感大小等因素有關(guān)，僅就變壓器而言，減小漏感是十分重要的。

（2）避免瞬態(tài)飽和

一般工頻電源變壓器的工作磁通密度設(shè)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(chǎn)生極大的浪涌電流。它衰減得很快，持續(xù)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(fā)生磁飽和。由于脈沖變壓器和功率開關(guān)管直接相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(dǎo)致功率開關(guān)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(guān)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(yīng)盡可能小，隨著工作溫度的升高，飽和磁通密度的降低應(yīng)盡量小。在設(shè)計和選用磁心材料時，除了關(guān)心其飽和磁通密度、損耗等常規(guī)參數(shù)外，還要特別注意它的溫度特性。一般應(yīng)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(guān)電源工作環(huán)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2000～4000GS。

（4）合理進行結(jié)構(gòu)設(shè)計

從結(jié)構(gòu)上看，有下列幾個因素應(yīng)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(chǎn)和維護；

便于散熱。

四、磁心材料的選擇

軟磁鐵氧體，由于具有價格低、適應(yīng)性能和高頻性能好等特點，而被廣泛應(yīng)用于開關(guān)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(yīng)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(diào)感繞組、抗干擾磁珠、共用天線匹配器等。

在開關(guān)電源中應(yīng)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(dǎo)磁率磁心，其材料牌號多為R4K～R10K，即相對磁導(dǎo)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。