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如何设计高频变压器
设计高频变压器的步骤
一、明确设计目标
设计高频变压器前,需要确定变压器的核心参数,如额定功率、额定电压、工作频率、磁芯材质、绝缘要求等。这些参数将决定变压器的整体结构和性能。
二、选择磁芯材料
磁芯材料的选择对高频变压器性能至关重要。常用材料包括铁氧体、非晶合金等。这些材料具有高磁导率、低损耗和良好的温度稳定性等特点,适合高频工作场合。
三、确定绕组设计
绕组是高频变压器的核心部分,需要合理设计。根据设计目标选择适当的导线材质和规格,计算匝数比,确保电压变换比正确。同时,要优化绕组的排列方式,减小绕组间的耦合电容,降低涡流损耗。
四、考虑散热和绝缘
高频工作时,变压器产生较大损耗,会产生较多热量。因此,设计时需考虑散热问题,选择合适的散热结构,如采用散热片、散热油等。此外,绝缘性能也非常重要,需确保绕组之间及绕组与磁芯之间的良好绝缘,避免短路和漏电。
五、仿真与测试
完成初步设计后,需进行仿真测试以验证设计的合理性。通过仿真软件模拟变压器在高频工作时的性能,检查是否满足设计要求。若有必要,对实物进行实际测试,调整设计参数以达到最佳性能。
六、优化和完善设计
根据仿真和测试结果,对设计进行优化和完善。可能涉及磁芯形状、绕组结构、绝缘材料等方面的调整。最终目的是实现高频变压器的高效率、小体积和良好性能。
设计高频变压器需要综合考虑磁芯材料、绕组设计、散热和绝缘等多方面因素。通过明确设计目标、选择适当材料、优化绕组结构等措施,可以设计出性能优良的高频变压器。
如何快,准的绕制开关电源中的高频变压器
1、使用专用的变压器设计软件PIXIs Designer和PI Transformer Designer,将需要的参数,如输入电压范围、输出电压要求、偏置电压大小、变压器估计功率、功率因素、额定负载、初级线圈层数、次级线圈匝数等参数输入,PI软件会根据用户输入的参数给出一个合理的变压器参数,然后设计人员就可以根据给出的参数绕制变压器了,软件给出的会有以下参数:初级线圈、反馈线圈、次级线圈的层数、匝数、线径大小、绕制的方向、气隙大小、线圈与线圈之间的胶带层数、骨架型号、磁芯型号、浸漆要求等。
22有了这些参数后就可以绕制变压器了,在绕制变压器之前先给骨架的脚编上一个号码,例如我们现在需要绕制一个输入电压是+24V,输出1是+9V,输出2是+15V的变压器,要求2输出端的功率都为1.5W,那么这个变压的绕制方法如下:
初级线圈的绕制方法:从引脚2开始,使用线径0.19毫米的漆包线绕骨架53圈,估计有两层,绕线应尽量平整。在引脚1结束,绕完后用绝缘胶布裹两层。
偏置线圈的绕制方法:从引脚5开始,使用线径0.13毫米的漆包线绕骨架27圈至引脚4结束,绕完后用绝缘胶布裹两层,再用一层绝缘胶布裹住除了引脚以外的其他所有有线圈露出的地方。
9V端线圈绕制方法:用绝缘胶布裹在7脚与6脚底,使用线径0.35毫米的漆包线,从7脚开始绕20圈至6脚结束,用绝缘胶布裹两层。再用缘胶布裹裹住7脚与6脚以外的绕线。
15V端线圈绕制方法:用绝缘胶布裹在10脚与9脚底,使用线径0.19毫米的漆包线,从10脚开始绕34圈至9脚结束,用绝缘胶布裹两层,然后装上两块磁芯,在两磁芯中间放0.3mm的纸(即气隙,大约4层白纸厚度),压平后用胶布把磁芯与骨架裹在一起。(说明绝缘胶布均指4KV绝缘胶)
相关资料:
开关电源高频变压器设计方法
设计过程:
1﹑当工作在电流连续方式(CCM)时
由:VinDCmin*Dmax=Vf*(1-Dmax),
则有:Vf= VinDCmin*Dmax/(1-Dmax)=106*0.45/(1-0.45)=86.7V
Vds=VinDCmax+Vf+150,
=370+86.7+150
= 606.7V
匝数比: n=Np/Ns=Vf/Vs=Vf/(VO+VD)=86.7/(3.3+0.6)=22.23
可取n=22, or n=23
1)、计算初级电流峰值Ip2:
1/2*(Ip1+Ip2)*Dmax*VinDCmin=Pout/η
取Ip2=3*Ip1
得: Ip1= Pout/(2*η* Dmax*VinDCmin)
=19.8/(2*0.75*0.45*106)
=0.277A
所以峰值电流Ip2:
Ip2=3* Ip1=3*0.277=0.831A
Ipave=Ip2-Ip1=3* Ip1-Ip1=2*Ip1=2*0.277=0.554A
2)、初级电感量Lp:
Lp= Dmax*VinDCmin/(Fs*Ipave)=0.45*106/(65*103*0.554)=1325uH
取Lp=1300uH
3)、选磁芯:由Aw*Ae法求出所要铁芯:
Ap=Aw*Ae=[1.45*Po*104/(η*Fs*Bw*Kj*Ko*Kc)]*1.14
=[1.45*19.8*104/(0.75*65*103*0.22*395*0.2*1)]*1.14
=7.2749999999999995px4
选择EI25,Ap=7.9125px4,Ae=10.25px2,Aw=19.2975px2.
Ap=Aw*Ae=Pt*106/(2*Fs*Bw*J*Ko*Kc)
= 46.2*106/ 2*65*103*2200*3*0.2*1
=6.7250000000000005px4
电流密度J=2~4A/mm2,窗口填充系数Km=0.2~0.4,Bw单位为G,对铁氧体Kc=1.0
选择EI28,Ap=15.012500000000001px4,Ae=21.5px2,Aw=17.4575px2.
4)、求初级匝数Np:
Np=Lp*Ip2*104/Bw*Ae=1300*10-6*0.831*104/0.22*0.86
= 57 T
取46 T
5)、求次级匝数Np:
输出为:Vo=+3.3V:Ns=Np/N=46/23=2T
取 2T
6)、求辅助匝数Np:
反馈:Vc=12.5+1=13.5V: Vc/Nc=Vs/Ns
Nc=Vc*Ns/Vs=13.5*2/(3.3+0.6)=6.9T
取7 T
Lg1=0.4*3.14*Np2*Ae*10-8/Lp=0.4*3.14*46*46*0.86*10-8/1300*10-6
=0.0176 cm
7)、返推占空比D:
Vs/VinDCmin=(Ns/Np)*Ton/Toff=(Ns/Np)*Dmax/(1-Dmax)
Dmax=(Vs*Np)/(Vs*Np+VinDCmin*Ns)
=[(3.3+0.6)*46]/[(3.3+0.6)*46+106*2]
=179.4/(179.4+212)
=0.458
Dmin=(Vs*Np)/(Vs*Np+VinDCmax*Ns)
=[(3.3+0.6)*46]/[(3.3+0.6)*46+370*2]
=179.4/(179.4+740)
=0.195
2﹑当工作在电流断续方式(DCM)时, Ip1=0
1)、计算初级电流峰值Ip2:
1/2*(Ip1+Ip2)*Dmax*VinDCmin=Pout/η
1/2*Ip2*Dmax*VinDCmin=Pout/η
Ip2=2* Pout/η*Dmax*VinDCmin
Ip2=2*19.8/0.75*0.45*106=1.107A
Ipave= Ip2=1.107A
2)、初级电感量Lp:
Lp= Dmax*VinDCmin/(fs*Ipave)=0.45*106/(65*103*1.107)
=662.9uH
取Lp=660 uH
3)、选磁芯:由Aw*Ae法求出所要铁芯:
Ap=Aw*Ae=[1.6*Po*10E4(η*Fs*Bw*Kj*Ko*Kc)]1.14
=[1.6*19.8*104/(0.75*65*103*0.22*395*0.2*1)]1.14
=0.3258 cm4
选择EI28,Ap=15.012500000000001px4,Ae=21.5px2,Aw=0.6983 cm2.
3)、求初级匝数Np:
Np=Lp*Ip2*104/Bw*Ae=660*10-6*1.107*104/0.22*0.86
=38.6 T
取39 T
4)、求次级匝数Np:
输出为:Vo=+3.3V:Ns=Np/N=39/23=1.7 T
取 2 T
5)、求辅助匝数Np:
反馈:Vc=+13.5v:Vc/Nc=Vs/Ns
Nc=Vc*Ns/Vs=13.5*2/3.9=6.9 T
取7 T
Lg1=0.4*3.14*Np2*Ae*10-8/Lp=0.4*3.14*39*39*10-8/660*10-6
=0.029 cm
6)、返推算占空比D:
Vs/VinDCmin=(Ns/Np)*Ton/Toff=(Ns/Np)*Dmax/(1-Dmax)
Dmax=(Vs*Np)/(Vs*Np+VinDCmin*Ns)
=[(3.3+0.6)*39]/[(3.3+0.6)*39+106*2]
=152.1/(152.1+212)
=0.42
Dmin=(Vs*Np)/(Vs*Np+VinDCmax*Ns)
=[(3.3+0.6)*41]/[(3.3+0.6)*41+370*2]
=152.1/(152.1+740)
= 0.17