【導(dǎo)讀】任何的電子元器件在電路中都發(fā)揮著與眾不同且不容小覷的作用。就拿文中的變壓器為例，在電路中，變壓器做藥祈禱對(duì)電流進(jìn)行變換、隔離、穩(wěn)壓等作用。但是不同的變壓器所發(fā)揮的作用也不同。如何為電路選擇合適的變壓器？本文以正激變壓器設(shè)計(jì)中磁芯骨架的選擇作為出發(fā)點(diǎn)，總結(jié)初級(jí)繞組的線徑設(shè)定。
第一個(gè)需要面對(duì)的就是變壓器骨架與磁芯的選擇，其需要考慮的因素實(shí)在太多，我們列舉其中一部分來討論下。
首先用Ap法（磁芯面積乘積法）來計(jì)算變壓器的AP值：AP=AW*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)
AW: core之窗口面積.( cm^2)；
Ae: core有效截面積.( cm^2)；
Ps : 變壓器傳遞視在功率( W ) Ps=Po/η+Po (正激式)；
ΔB: 磁感應(yīng)增量 ( T )；
fs : 變壓器工作頻率 ( HZ )；
J : 電流密度 ( A )
根據(jù)散熱方式不同可取300~1000 A/cm^2；
Ku: 磁芯窗口系數(shù). 可取0.2-0.4.
對(duì)于上式Ap算法得到的值，跟實(shí)際使用的變壓器AP值相差較遠(yuǎn)，所以被人廣泛詬病。其實(shí)產(chǎn)生誤差的根本原因是，上式基本上都是在工程應(yīng)用中才有優(yōu)化近似而得到的，所以有些參數(shù)是較為理想，而實(shí)際使用中很多的參數(shù)是變化的，甚至還有些分布參數(shù)在“搗亂”，所以造成了偏差，在實(shí)際使用在還要考慮到余量，所以對(duì)于計(jì)算得到的Ap值乘上一個(gè)1.5-2的系數(shù)比較合理。
其實(shí)這里的ΔB（磁感應(yīng)增量）是個(gè)比較重要的物理量，需要大家注意。ΔB表征磁芯的在電源工作時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍，ΔB=Bmax-Br，Bmax是最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，Br剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。
在輸入電壓與工作頻率不變的前提條件下，對(duì)于同一幅磁芯，ΔB取得越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍越寬，磁芯的鐵損越大，但所需要的匝數(shù)就越少，相應(yīng)的銅損就小。選用磁芯的時(shí)候，需要選擇飽和磁通密度盡量高，剩余磁通密度盡量小的磁芯，這樣可以實(shí)現(xiàn)
得到AP值之后，可能有非常多的變壓器都符合需要，這是首先需要考慮結(jié)構(gòu)尺寸的限制，特別是高度與寬度的限制。
比如EFD30與EI28的AP值同樣都是0.6cm4左右，但EFD30的高度小很多，更適合與扁平化的電源中，而EI28對(duì)于緊湊型電源則顯得更重要。其次，從降低漏感與分布電容的角度出發(fā)，應(yīng)該選擇骨架寬度較寬的變壓器磁芯跟骨架，這樣單層繞線的匝數(shù)會(huì)更多，有利于降低繞線層數(shù)，從而降低漏感與分布電容，關(guān)于漏感的問題，我們?cè)诤竺嬖僬归_討論再次，還要從通用性與經(jīng)濟(jì)性的角度來考慮，這是工程設(shè)計(jì)中無法回避的現(xiàn)實(shí)問題。
當(dāng)然還有安規(guī)，EMI，溫升，繞法等一些問題需要考慮。
計(jì)算好匝比之后，一般會(huì)綜合考慮次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力，將計(jì)算的匝比調(diào)整或?qū)⒃驯热≌又覀兙涂梢酝ㄟ^匝比來反推電路的真實(shí)占空比范圍。
Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)
Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)
后面的就是要根據(jù)真實(shí)的占空比范圍來計(jì)算，這樣得到的參數(shù)才是比較合理的，接著就可以計(jì)算最大與最小的導(dǎo)通時(shí)間。
tonmax= Dmax/ fs
tonmin= Dmin/ fs
接著就能計(jì)算初級(jí)繞組的匝數(shù)了。
Np =Vin(min) ×tonmax/(ΔB×Ae)
Np：初級(jí)繞組的最少匝數(shù)
Vin(min)：初級(jí)繞組的最低輸入直流電壓
tonmax：初級(jí)MOSFET的最大導(dǎo)通時(shí)間
ΔB：磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，正激類電源根據(jù)散熱條件，一般可以取0.2-0.3。
Ae：所選磁芯的橫截面積，一般在磁芯手冊(cè)上可以查到。
接下來計(jì)算次級(jí)匝數(shù)，次級(jí)匝數(shù)Ns = Np / n，當(dāng)然得到的數(shù)值不一定是整數(shù)，一般都是要四舍五入取整數(shù)匝，因?yàn)樾?shù)匝在繞線的時(shí)候工藝不好控制。
此時(shí)又會(huì)帶來一個(gè)問題，要想保持匝比不變，那么勢必要根據(jù)四舍五入之后的次級(jí)匝數(shù)，反過來計(jì)算初級(jí)的最終匝數(shù)，否則占空比就會(huì)發(fā)生改變， Np= Ns * n。計(jì)算的NP如果不是整數(shù)的話，也需要近似的取值，當(dāng)然會(huì)帶來匝比與占空比的輕微變化，但由于影響較小，所以一般都不需要再次去反推占空比。
同樣的，確定最終的初級(jí)匝數(shù)之后，可以反過來推算變壓器磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍，驗(yàn)證ΔB是否在合理的范圍之內(nèi)，ΔB=[Vin(min) ×Dmax×Ts] / (Np×Ae)。
得到Np之后，就可以計(jì)算出復(fù)位繞組匝數(shù)Nr，并計(jì)算出勵(lì)磁電流以及復(fù)位繞組的線徑，考慮到MOSFET的電壓應(yīng)力與變壓器的可靠復(fù)位，一般都是設(shè)Np=Nr，然后根據(jù)所選磁芯的AL值，計(jì)算出復(fù)位繞組的電感量Lr=AL*N^2，繼而計(jì)算出復(fù)位繞組的復(fù)位電流Ir=Vin(min) ×tonmax/Lr，相應(yīng)的繞組線徑也就能計(jì)算出來了。
接下來的工作就是計(jì)算初次級(jí)繞組的線徑，有一點(diǎn)需要大家注意的就是，計(jì)算線徑要以電流有效值來計(jì)算，而非電流峰值或平均值！
要計(jì)算初級(jí)繞組的線徑，首先要計(jì)算初級(jí)的峰值電流Ip = Pi / VL = Po / (η×Dmax×Vin) ，然后再計(jì)算峰值電流Iprms= Ip×√D，最后在根據(jù)電流密度來計(jì)算需要的繞組線的橫截面積，最后要根據(jù)頻率，趨膚深度與臨近效應(yīng)，變壓器骨架寬度跟深度等因素來計(jì)算單根線徑的外徑。
同理次級(jí)繞組的計(jì)算方法一樣的，不同點(diǎn)就是用電流平均值來計(jì)算，Isrms=Io×√D，然后要考慮單根線徑的值，考慮因素同上。
針對(duì)正激式變壓器的骨架磁芯的選擇，以及初次級(jí)繞組的線徑，本篇文章都做了較為詳細(xì)的介紹。希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠積累更多有關(guān)正激變壓器的設(shè)計(jì)。
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