高频开关电源中隔离降压式DC/DC变换器的制作方法

然后计算脉冲磁感应增量ΔBm，

ΔBm=KB·Bm（10）

式中：KB是磁感应强度系数；

Bm是磁芯材料最大工作磁感应强度（T）。

对于R2K铁氧体磁芯，最大工作磁感应强度是0.3T。磁感应强度系数KB可以从图2所示的磁感应强度系数曲线图得出，它取决于输出功率P2（W），工作频率f（kHz）和变压器平均温升Δτ（℃）。

变压器所需磁芯结构常数Y由下式确定Y=（11）

式中：Y是变压器所需磁芯结构常数（cm5）；

q是单位散热表面功耗（W/cm2），q可以从温升和q值关系曲线中得出，如果环境温度为25℃，变压器温升为50℃，对应的q值为0.06。

图2磁感应强度系数

计算出Y之后，选择磁芯结构常数Yc≥Y的磁芯，然后从磁芯生产厂商提供的资料中查出变压器散热表面积St(cm2)，等效截面积Ae(cm2)等磁芯参数，或者自行设计满足结构常数的磁芯。

9)计算初级绕组匝数（N1）[7]N1=·104（12）

10)计算次级绕组匝数NiNi=N1(i=2，3，4…)（13）

式中：Upi是次级各绕组输出电压幅值（V）。

11)计算去磁绕组匝数

对于采用第三绕组复位的正激变换器，复位绕组的匝数越多，最大占空比越小，开关管的电压应力越低，但是最大占空比越小，变压器的利用率越低。故需综合考虑最大占空比和开关管的电压应力，一般选择去磁绕组匝数（NH）和初级绕组匝数相同，即

NH=N1（14）

需要注意的是，应该确保初级绕组和去磁绕组紧密耦合。

2.3确定导线规格

1)计算变压器铜耗Pm

根据变压器平均温升确定变压器总损耗，减去磁芯损耗即得出铜耗，再根据铜耗来计算电流密度。计算铜耗应该在磁芯规格确定之后进行。

Pm=q·St－Pb·Gc(W)（15）

式中：St是变压器表面积（cm2）；

Pb是在工作磁感应强度和频率下单位质量的磁芯损耗（W/kg）；

Gc是磁芯质量（kg）。

在实际计算中，铜耗可以按总损耗的一半处理。

2)计算铜线质量Gm

Gm=8.9·lm·SW·Km(kg)（16）

式中：lm是线圈平均匝长（cm）；

SW是磁芯窗口面积（cm2）；

Km是铜线窗口占空系数，定义为绕组净可绕线空间与导线截面积之比。

计算铜线占空系数时应根据不同情况选取适当值，一般选取范围在0.25～0.4之间，采用多股并绕时应选取较小值。

3)计算电流密度JJ=(A/mm2)（17）

4)计算导线截面积Smi和线径diSmi=(mm2)（18）di=1.13·(mm)（19）

式中：Ii是各绕组电流有效值（A）。

计算所需导线直径时，应考虑趋肤效应的影响。当导线直径大于2倍趋肤深度时，应尽可能采用多股导线并绕。采用n股导线并绕时，每股导线的直径din按下式计算。din=(mm)（20）

铜线的趋肤深度Δ有以下经验公式Δ=(mm)（21）

如果采用多股导线并绕，导线的股数太多，可以采用铜箔。在使用铜箔时，铜箔的厚度应该小于两倍的趋肤深度，铜箔的截面积必须大于该绕组导线所需的截面积。

在计算完毕后，校验窗口尺寸，计算分布参数，校验损耗和温升等。

3应用实例

设计一个用于输入为48V（36～72V），输出为2.2V、20A的正激变换器的高频开关电源变压器，工作频率是200kHz，最大占空比为0.45，采用第三绕组复位，铜线的趋肤深度为Δ=0.148mm。按照上述设计方法，设计的高频开关电源变压器如下：

磁芯规格EFD20，磁芯材料为3F3，Ae=31.0mm2，Philips；

初级绕组16匝，采用型号为AWG31的铜线，6股并绕；

复位绕组16匝，采用型号为AWG33的铜线；

次级绕组2匝，采用厚度t=0.1mm，宽度b=14mm的铜箔，两层并绕，即截面积S=2.8mm2。

在最终确定导线规格时，均保留了一定的裕度。为使各绕组耦合良好，采用交错绕线技术，如图3所示[8]，其中P1和P2为变压器初级绕组，并联；S1和S2为变压器次级绕组，并联；R为变压器复位绕组。那么，初级绕组采用AWG31的铜线，两层；次级绕组采用采用厚度t=0.1mm，宽度b=14mm，即S=1.4mm2的铜箔，两层。

设计出的变压器的初级励磁电感值实测为Lm=320.40μH，次级电感值实测为Ls=5.18μH，初级漏

正激变换器中变压器的设计

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