磁芯选择指南

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来源:网络更新时间：2009-12-14点击数： 1

高频变压器设计时选择磁芯的两种方法

来源:网络 更新时间：2008-11-5 8:06:32 点击数：

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在高频变压器设计时，首先遇到的问题，便是选择能够满闵杓埔蠛褪褂靡蟮拇判尽?lt;BR>

通常可以采取下面介绍的两种方法：面积乘积法和几何尺寸参数法。这两种方法的区别在于：面积乘积法是把导线的电流密度作为设计参数，几何尺寸参数法则是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。

1 面积乘积法

这里讲的面积乘积。是指磁芯的可绕线的窗口面积和磁芯的截面积，这两个面积的乘积。

表示形式为WaAe ，有些讲义和书本上简写为Ap ，单位为

。

根据法拉第定律，我们有：

窗口面积利用情况有：

KWα=NAw

变压器有初级、次级两个绕组。因此有：

KWα=2NAw

或

0.5KWα=NAw

我们知道：

Aw=

而电流有效值

I=Ip

得到以下关系式：0.5KWα=

即：

于是就有如下式：

由于：EδIp=Pi 又有：Pi=

最后得到如下公式：

这个公式适用于单端变压器，如正激式和反激式。

δ＜0.5，Bm-T,K-0.3～0.4，η-0.8～0.9,J-A/。推挽式的公式则为：

半桥式的公式则为：

这里的δ＞0.5，例如0.8～0.9。

单端变压器如正激式和反激式：Bm=△B=Bs-Br。

双端变压器如推挽式、半桥式和桥式：Bm=2Bpk。

全桥式公式与推挽式相同，但δ＞0.5，例如0.8～0.9。

在J=400A/，K=0.4，η=0.8，δ=0.4（单端变压器），δ=0.8（双端变压器）。公式简化如下：

（单端变压器）

（推挽式）

（半桥式和桥式）

2 几何尺寸参数法

这个方法是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。因此，公式正是由计算绕组线圈的铜损的公式演变而来的。

。变压器有两个绕组

这里为初级绕组电阻，

为次级绕组电阻。

由于

因此

每个绕组各占一半窗口面积，全部绕组线圈的铜损的公式：

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变换两个参数的位置，公式变成：

初级安匝与次级安匝相等的关系，以及电流有效值同峰值的关系。

上式进一步演化成：

同理（见面积乘积法）有：

将两个式子代入，得出公式：

与面积乘积法的形式相一致，公式成为如下形式：

此公式适合各种电路形式。Bm取值同面积乘积法。

3 实际举例

单端反激式电路。输出功率Po=34W，输入最小直流电压Vi(min)=230V，输入电流峰值1.18A，占空比=0.25，频率f=68kHz，t=14.7μs，初级电感L p=716μH，变压器效率η=0.8，电流密度J=400A/cm，Bm=0.11T，K=0.4，Pcu=0.34W。

如采用简化公式，要将99改为78。因为原公式中δ=0.4，现在δ=0.25，所以有：

两者结果基本一致。

EI33磁芯的WaAe=1.47，Kg=0.1358。

由此可见，两种方法的结果，选EI33磁芯较合适。

EI33磁芯的Wa=1.24

，Ae=1.185。下面核算一下，几个绕组是否绕得下。

初级绕组Ip=1.18A ，Irms=1.18×=0.59A 。

Aw=0.59/4=0.1475

。采用Aw=0.159的导线，其最大直径为0.51mm=0.051cm 。占有窗口面积为Wa=65×=0.1691。

反馈绕组Ip=1A ，Irms=1×

=0.5A 。Aw=0.5/4=0.125。采用Aw=0.1257

的导线，其最大值径为0.46mm=0.046cm 。占有窗口面积为Wa=15×=0.0317。

次级绕组Io=2A ，Irms=Io=2A 。Aw=2/4=0.5

。双股并绕采用

Aw=0.2463

的导线，其最大直径为0.63mm=0.063cm 。两个绕组占有窗口面积为Wa=(11+5)×(2×

0.063)2=0.254

。 全部绕组占有窗口面积为。占总窗口面积 1.24的

36.7%。

EI33磁芯的骨架，窗口高度16mm，宽度5.3mm。16mm高度要扣除两端各1.5mm，尚剩下13mm长度。初级绕组的导线最大直径为0.51mm，每层可绕13 /0.51=25.5匝，65匝要用3层。

反馈绕组的导线最大直径为0.46mm，每层可绕13/0.46=28匝，15匝只要用1层。

次级绕组的导线最大直径为0.63mm，每层可绕13/ 0.63=20匝，每层绕11+5匝要用2层。

绕组排列下图：

初级绕组分成3组绕，各组分别为22、22、21匝。每层厚度0.51mm。

次级绕组分成2组绕，每组均为11+5匝。每层厚度0.63mm。

反馈绕组只用1层，15匝，层厚度0.46mm。

绝缘胶带厚度为0.15mm，共7层。

绕组总厚度-1+0.51+0.63+0.51+0.63+0.51+0.46+0.15×7=5.3mm

现在核算铜损耗情况。采用同一的平均匝长，等于7.2cm。

Aw=0.159、0.1257的导线，单位长度的电阻值分别为0.115Ω/cm和0.1463Ω/c m。而Aw=0.2467的导线，单位长度的电阻值为0.0736Ω/cm，由于采用双线并绕，在计算时减半。

Pcu=0.1872+0.0395+0.1166+0.053=0.3693W

以下两种方法，有效电流取值和绕组电阻计算，不尽相同。因此，计算结果也是不一样。分别介绍如下《电子变压器手册》（P.394～P.397）：

这里将输出直流电流Io视同峰值电流，因此，其有效值计算结果为：

次级绕组：Ip=Io=2A，Irms=2×√（1-0.25）=1.732A。

反馈绕组：Ip=If=1A,Irms=1×√（1-0.25）=0.886A。

初级绕组的峰值电流，由次级绕组和反馈绕组的峰值电流反馈到初级而求得。而上一方法的初级绕组的峰值电流=2×Po/Vi×δ=（2×34）/（230×0.25）=1.18A。