【導(dǎo)讀】高頻逆變電源的設(shè)計(jì)過程需要大量的計(jì)算，很多工程師都對(duì)此束手無策，本文就由大手為你總結(jié)高頻逆變電源的計(jì)算要點(diǎn)，詳細(xì)梳理和講解高頻逆變器的計(jì)算過程，下面請(qǐng)看計(jì)算步驟。
在進(jìn)行計(jì)算之前，首先要明確單端正激式變壓器工作與B-H曲線的第一象限，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)必須搞清楚。
圖1 單極性開關(guān)電源變壓器的激磁狀態(tài)
通過對(duì)大量書籍的總結(jié)，高頻變壓器的計(jì)算方法其實(shí)大致包括兩類，一類是面積乘積法，俗稱AP法。另一類是幾何參數(shù)法，俗稱KG法。在《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》這本書當(dāng)中對(duì)這兩種方法均有較為細(xì)致的講解。在《變壓器與電感器設(shè)計(jì)手冊(cè)》這一書中講解了幾何參數(shù)法，并且有著細(xì)致的講解。需要注意的是，國(guó)內(nèi)的磁材特性、骨架尺寸誤差以及漆包線規(guī)格與國(guó)外有偏差，所以計(jì)算的相對(duì)誤差會(huì)偏大。
在《電子變壓器手冊(cè)》一書中，單端正激式高頻變壓器計(jì)算采用的是AP法。《精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)》一書中針對(duì)單端正激式開關(guān)變壓器采用的是AP法，同時(shí)劉勝利老師在該例子中采用的同樣是AP計(jì)算方法。經(jīng)過實(shí)際設(shè)計(jì)，基本驗(yàn)證了AP法在實(shí)際工程中的應(yīng)用還是比較準(zhǔn)確的，所以在下面的舉例中，將同樣采用AP法計(jì)算，計(jì)算過程中公式的應(yīng)用通過理解與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合而來。
計(jì)算高頻變壓器大致分為六個(gè)步驟。第一步：計(jì)算變壓器的視在功率，根據(jù)視在功率選擇磁芯材料，主要通過查找磁材規(guī)格手冊(cè)獲得磁材的特性參數(shù)。第二步：確定磁芯截面尺寸AP，根據(jù)AP值選擇磁芯尺寸。第三步：計(jì)算原副邊匝數(shù)。第四步：根據(jù)電流密度和原副邊有效值電流求線徑。第五步：計(jì)算銅損和鐵損是否滿足要求，也就是允許損耗和溫升。第六步：校準(zhǔn)計(jì)算參數(shù)，避免磁飽和現(xiàn)象發(fā)生，單端正激式變壓器的計(jì)算步驟大致為上述步驟。這里參考劉勝利老師的計(jì)算步驟，張占松老師書籍中介紹的計(jì)算方法，以及電子變壓器手冊(cè)中的計(jì)算步驟。
計(jì)算變壓器的視在功率時(shí)，根據(jù)視在功率選擇磁芯材料，主要通過查找磁材規(guī)格手冊(cè)獲得磁材的特性參數(shù)初步采用磁芯為EE型磁性，視在功率Pt=Po*（1/η+√2），其中η為變壓器的傳輸效率定為90%電源的輸出電壓為±100V，輸出電流為1A則輸出功率Po=200W。計(jì)算視在功率Pt=200*（1/0.9+1.414）=274W，該公式取自張占松老師的《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》，如圖2所示。
圖2 視在功率與線路結(jié)構(gòu)關(guān)系
得出視在功率后，接著就是查找磁芯尺寸與功率對(duì)照表，采用EE型磁芯，視在功率Pt為274W，工作頻率暫定為100KHZ。需采用磁芯型號(hào)為EE42/42/15，其中第一個(gè)42是磁芯長(zhǎng)度，第二個(gè)42是厚度，15是中心寬度，通過查找磁芯參數(shù)手冊(cè)，以TDK的磁芯手冊(cè)為例單位為（mm^2）。
圖3 磁芯數(shù)據(jù)手冊(cè)
其中Ae=178mm^2Aw=275mm^2，則Ap=（Pt*10^6）/（2*η*f*Bm*δ*Km*Kc）其中Bm為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位G為線圈導(dǎo)線電流密度，通常取δ=2-3（A/mm^2）η為變壓器效率。通常取0.8-0.9Km為窗口填充系數(shù)，一般取0.2-0.4Kc為磁芯填充系數(shù)。對(duì)于鐵氧體，取Kc=1計(jì)算得Ap=0.74cm^4。上文中總結(jié)了書籍中的高頻逆變電源的計(jì)算方法，并以實(shí)踐為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行了全面的分析。對(duì)于需要解決高頻電源設(shè)計(jì)中計(jì)算問題的朋友來說是非常富有閱讀價(jià)值的一篇文章。
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