高频变压器设计时选择磁芯的两种方法

高频变压器设计时选择磁芯的两种方法

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

而电流有效值

I=Ip

即：

于是就有如下式：

由于：EδIp=Pi 又有：Pi=

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/

。变压器有两个绕组

这里为初级绕组电阻，为次级绕组电阻。

每个绕组各占一半窗口面积，全部绕组线圈的铜损的公式：

公式简化：

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

EI33磁芯的WaAe=1.47。

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。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×

来源：网络更新时间：2008-11-6 10:42:27点击数：17

的导线，其最大直径为

0.51mm=0.051cm。占有窗口面积为Wa=65×

。采用Aw=0.1257

=0.0317

次级绕组Io=2A，Irms=Io=2A。Aw=2/4=0.5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

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的导线，单位长度的电阻值分别为0.115Ω/cm和0.1463Ω/cm。而Aw=0.2467

绕组电阻值的确定，主要区别在于平均匝长的取值上。它采用分段取值的方法。

由于取值变化，导线重要新选择。

68KHz时，导线的穿透深度为：△=7.6/√（68×

。

采用Aw=0.03142

=0.0374

。四股并绕采用Aw=0.1257

=0.5417

。双股并绕采用Aw=0.1257

=0.127

。占总窗口面积 1.24

次级绕组的导线最大直径为0.46cm，每层可绕13/0.46=28匝，Ns1为5×4=20匝，要用1层。Ns2为11×4=44匝，要用2层。

绕组排列如下图：

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绕组总厚度=1+0.24×2+0.46×5+0.15×6=3.68mm

下面我们进行各个绕组的平均匝长的计算。因为，EI33磁芯的中心柱等于10mm×13mm。因此，各个绕组的平均匝长为：

Np1匝长=2×（10+13）+4×（1+0.15+0.12）=51.08mm

Ns1匝长2×（10+13）+4×（1+0.15×2+0. 24+0.23）

=53.08mm

Np2匝长=2×（10+13）+4×（1+0.15×3+0.24+0.46+0.12

=55.08mm）

Np2匝长=2×（10+13）+4×（1+0.15×4+0.24×2+0.46×2)

=58.0mm）

Nf匝长=2×（10+13）+4×（1+0.15×5+0.24×2+0.46×4)

=62.28mm）

《电子变压器手册》求绕组电阻，不是根据导线表上的单位长度电阻值取得的。应用如下公式计算而得：

RNf=0.0172××1.1965×(62.28×15/(0.01257×2))=0.0765Ω

现在开始计算铜损耗：

PNp=（1.71+1.0823）×0.122=0.0402W

PNs1=0.0109×

=0.0783W

PNf=0.0765×=0.0574W

Pt=0.0402+0.0327+0.0783+0.0574=0.2086W≈0.21W

0.21W为0.34W的61.76%。

现在采用（电子变压器设计技术培训班）的《培训教材》第101～102页的方法。这里的要点是，要计算各个绕组的直流、交流有效值和电阻值，再分别取得直流、交流损耗，两者相加得总的损耗。

而计算有效值的次级为中值乘以√（1-δ），初级为中值乘以√δ。输出值要换算为中值后，再求得有效值。

次级绕组Io=2A，Ia=2/(1-0.25)=2.67A。Irms=Ia×√(1-0.25)=2.67×√(1-0.25)=2.31A。

反馈绕组If=1A，Ia=1/(1-0.25)=1.33A，Irms=a×√(1-0.25)=1.33×√(1-0.25)=1.15A。

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。