開關電源之正激式開關電源變壓器參數的計算

正激式開關電源變壓器參數的計算

正激式開關電源變壓器參數的計算主要從這幾個方面來考慮。一個是變壓器初級線圈的匝數和伏秒容量，伏秒容量越大變壓器的勵磁電流就越小；另一個是變壓器初、次級線圈的匝數比，以及變壓器各個繞組的額定輸入或輸出電流或功率。關于開關電源變壓器的工作原理以及參數設計后面還要更詳細分析，這里只做比較簡單的介紹。

正激式開關電源變壓器初級線圈匝數的計算

圖1中，當輸入電壓Ui加于開關電源變壓器初級線圈的兩端，且變壓器的所有次級線圈均開路時，流過變壓器的電流只有勵磁電流，變壓器鐵心中的磁通量全部都是由勵磁電流產生的。當控制開關接通以后，勵磁電流就會隨時間增加而增加，變壓器鐵心中的磁通量也隨時間增加而增加。根據電磁感應定理：

e1 = L1di/dt = N1dф/dt = Ui —— K接通期間 (1-92)

式中E1為變壓器初級線圈產生的電動勢，L1為變壓器初級線圈的電感量， ф為變壓器鐵心中的磁通量，Ui為變壓器初級線圈的輸入電壓。其中磁通量ф 還可以表示為：

ф= S×B (1-93)

上式中，S為變壓器鐵心的導磁面積(單位：平方厘米)，B為磁感應強度，也稱磁感應密度(單位：高斯)，即：單位面積的磁通量。

把(1-93)式代入(1-92)式并進行積分：

(1-95)式就是計算單激式開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數，S為變壓器鐵心的導磁面積(單位：平方厘米)，Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度(單位：高斯)，Br為變壓器鐵心的剩余磁感應強度(單位：高斯)，Br一般簡稱剩磁，τ= Ton，為控制開關的接通時間，簡稱脈沖寬度，或電源開關管導通時間的寬度(單位：秒)，一般τ取值時要預留20%以上的余量，Ui為工電壓，單位為伏。式中的指數是統一單位用的，選用不同單位，指數的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長度為厘米(cm)，磁感應強度為高斯(Gs)，磁通單位為麥克斯韋(Mx)。

(1-95)式中，Ui×τ 就是變壓器的伏秒容量，即：伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積，這里我們把伏秒容量用US來表示。伏秒容量US表示：一個變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長時間的沖擊。在一定的變壓器伏秒容量條件下，輸入電壓越高，變壓器能夠承受沖擊的時間就越短，反之，輸入電壓越低，變壓器能夠承受沖擊的時間就越長;而在一定的工作電壓條件下，變壓器的伏秒容量越大，變壓器的鐵心中的磁感應強度就越低，變壓器鐵心就更不容易飽和。變壓器的伏秒容量與變壓器的體積以及功率無關，而只與磁通的變化量有關。

必須指出Bm和Br都不是一個常量，當流過變壓器初級線圈的電流很小時，Bm是隨著電流增大而增大的，但當電流再繼續增大時，Bm將不能繼續增大，這種現象稱磁飽和。變壓器要避免工作在磁飽和狀態。為了防止脈沖變壓器飽和，一般開關變壓器都在磁回路中留一定的氣隙。由于空氣的導磁率與鐵心的導磁率相差成千上萬倍，因此，只要在磁回路中留百分之一或幾百分之一的氣隙長度，其磁阻或者磁動勢將大部分都落在氣隙上，因此磁心也就很難飽和。

在沒有留氣隙的變壓器鐵心中的Bm和Br的值一般都很高，但兩者之間的差值卻很小；留有氣隙的變壓器鐵心，Bm和Br的值一般都要降低，但兩者之間的差值卻可以增大，氣隙留得越大，兩者之間的差值就越大，一般Bm可取1000~4000高斯，Br可取500~1000。順便指出，變壓器鐵心的氣隙留得過大，變壓器初、次級線圈之間的耦合系數會降低，從而使變壓器初、次級線圈的漏感增大，降低工作效率，并且還容易產生反電動勢把電源開關管擊穿。