開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設計方法

開(kāi)關(guān)電源用鐵氧體磁性材應滿(mǎn)足以下要求：

（1）具有較高的飽和磁通密度Bs和較低的剩余磁通密度Br

磁通密度Bs的高低，對于變壓器和繞制結果有一定影響。從理論上講，Bs高，變壓器的繞組匝數可以減小，銅損也隨之減小。

在實(shí)際應用中，開(kāi)關(guān)電源高頻變換器的電路形式很多，對于變壓器而言，其工作形式可分為兩大類(lèi)：

1）雙極性。電路為半橋、全橋、推挽等。變壓器一次繞組里正負半周勵磁電流大小相等，方向相反，因此對于變壓器磁心里的磁通變化，也是對稱(chēng)的上下移動(dòng)，B的最大變化范圍為△B=2Bm，磁心中的直流分量基本抵消。

2）單極性。電路為單端正激、單端反激等，變壓器一次繞組在1個(gè)周期內加上1個(gè)單向的方波脈沖電壓（單端反激式如此）。變壓器磁心單向勵磁，磁通密度在最大值Bm到剩余磁通密度Br之間變化，見(jiàn)圖7，這時(shí)的△B=Bm－Br，若減小Br，增大飽和磁通密度Bs，可以提高△B，降低匝數，減小銅耗。

（2）在高頻下具有較低的功率損耗

鐵氧體的功率損耗，不僅影響電源輸出效率，同時(shí)會(huì )導致磁心發(fā)熱，波形畸變等不良后果。

變壓器的發(fā)熱問(wèn)題，在實(shí)際應用中極為普遍，它主要是由變壓器的銅損和磁心損耗引起的。如果在設計變壓器時(shí)，Bm選擇過(guò)低，繞組匝數過(guò)多，就會(huì )導致繞組發(fā)熱，并同時(shí)向磁心傳輸熱量，使磁心發(fā)熱。反之，若磁心發(fā)熱為主體，也會(huì )導致繞組發(fā)熱。

選擇鐵氧體材料時(shí)，要求功率損耗隨溫度的變化呈負溫度系數關(guān)系。這是因為，假如磁心損耗為發(fā)熱主體，使變壓器溫度上升，而溫度上升又導致磁心損耗進(jìn)一步增大，從而形成惡性循環(huán)，最終將使功率管和變壓器及其他一些元件燒毀。因此國內外在研制功率鐵氧體時(shí)，必須解決磁性材料本身功率損耗負溫度系數問(wèn)題，這也是電源用磁性材料的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)，日本TDK公司的PC40及國產(chǎn)的R2KB等材料均能滿(mǎn)足這一要求。

（3）適中的磁導率

相對磁導率究竟選取多少合適呢？這要根據實(shí)際線(xiàn)路的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)決定，一般相對磁導率為2000的材料，其適用頻率在300kHz以下，有時(shí)也可以高些，但最高不能高于500kHz。對于高于這一頻段的材料，應選擇磁導率偏低一點(diǎn)的磁性材料，一般為1300左右。

（4）較高的居里溫度

居里溫度是表示磁性材料失去磁特性的溫度，一般材料的居里溫度在200℃以上，但是變壓器的實(shí)際工作溫度不應高于80℃，這是因為在100℃以上時(shí)，其飽和磁通密度Bs已跌至常溫時(shí)的70％。因此過(guò)高的工作溫度會(huì )使磁心的飽和磁通密度跌落的更嚴重。再者，當高于100℃時(shí)，其功耗已經(jīng)呈正溫度系數，會(huì )導致惡性循環(huán)。對于R2KB2材料，其允許功耗對應的溫度已經(jīng)達到110℃，居里溫度高達240℃，滿(mǎn)足高溫使用要求。

五、開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設計方法

5.1雙極性開(kāi)關(guān)電源變壓器的計算

設計前應確定下列基本條件：電路形式,開(kāi)關(guān)工作頻率,變壓器輸入電壓幅值,開(kāi)關(guān)功率管最大導通時(shí)間,變壓器輸出電壓電流,輸出側整流電路形式，對漏感及分布電容的要求，工作環(huán)境條件等。

（1）確定磁心尺寸

1）求變壓器計算功率Pt