开关变压器设计指引

1、 开关变压器设计指引（发布日期：2011-11-22）1 范围本标准对开关变压器设计的计算方法进行详解，对相关技术要求和实际使用中的有关问题进行了阐述。本标准适用于电控系统开关变压器的设计。2 定义变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交变磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 3 开关变压器的总述3.1 开关变压器的介绍3.1.1 开关变压器的作用 开关变压器是一种通过电磁感应进行能量传递的非标元件，采用交流电压通过线圈感应电动

2、势来获得需要的电压的高频变压器。广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器及家电控制系统等电子产品中的开关电源中。3.1.2 开关变压器的分类 按形状常用的分为EI、EE、ER、EC。按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。 按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 3.2 开关变压器的特性参数3.2.1 工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。3.2.2 额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。3.2.3 额定电压

3、指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。3.2.4 空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。3.2.5 效率指次级功率 P2 与初级功率 P1 比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。3.2.6 绝缘电阻表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。3.2.7 漏感 短路变压器的所有次级绕组及反馈绕组，测试主绕组的感量。（以具体的开关电源变压器技术规格书为准。） 3.2.8 通频带 如果变压器在中间频率的

4、输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。 4 开关变压器的设计4.1 选择CORE的大小通常按输出功率查CORE厂商的资料，选择与之对应的功率选择功率型的CORE。4.2 计算输入电流平均值Iav=Pout/*Vin(min)Vin(min)=90V*2-20110V开关电源的效率，=65%-75%(小功率) =75%-85%（大功率）20直流纹波和整流管压降4.3 计算输入峰值电流Ip1=2*Iav/(1+k)*Dmax)此处k为连续系数，非连续模式，k=0。P>40W k=0.5-0.6 P<40W k=0.35-0

5、.45Dmax一般取0.4-0.5 此处Dmax为占空比4.4 计算初级电感Lp=Vin(min)*Dmax/(I*f)I=IP1-IP2Dmax一般取0.4-0.5工作频率视实际使用的开关电源芯片工作频率来决定4.5 计算初级匝数Np=Lp*I /Ae*B=Vin*Ton*10²*²/B*AeTon=T* Dmax = Dmax /f=0.45/60*10³此处Ae为铁芯截面积；B为高斯值，选择范围为2000-2500高斯。4.6 计算次级匝数Vin(min)*Ns*Dmax=(Vo+Vd)*Np*(1-Dmax)Ns=(Vo+Vd)*Np*(1-Dmax)/

6、Vin(min)*Ns*DmaxVd为整流二极管正向压降此处得出的匝数小数点后的数字都需要取整。例如：8.2T或者8.9T都选择为9T。4.7 修正初级圈数和电感Np= Vin(min)*Ns*Dmax/(Vo+Vd)*(1-Dmax)需要注意的是这里的Ns是以计算出来整数的次级匝数倒推修正初级匝数。 Lp=Np*Ae*B/Ip/10²*² 单位为uH4.8 计算反馈绕组匝数 (Vo+Vd)*Nb=(Vb+Vd)*NsNb=(Vb+Vd)*Ns/(Vo+Vd) 最后得出三个绕组的匝数Np/NS/Nb,初级电感Lp;从这里的参数我们就可以设计出一个满足要求的高频变压器。4.9

7、 计算电流的大小 初级电流有效值Irms=Ip1/6次级峰值电流Ispk= Ip1*Np/Ns次级电流有效值Isrms=Ispk/6以上的电流值计算结果用来进行次级整流管的选型与可靠性验证。4.10 计算线径的大小 初级线径的大小 次级线径的大小 其中J为电流密度，J取值范围：47A/mm2 当导线中通过交流时，因导线的内部和边缘所铰链的磁通量不同，致使导线表面的电流产生不均匀分布，相当于导线有效截面减少，这种现象称趋肤效应。趋肤效应程度可以用穿透深度来表示。穿透深度定义为：由于趋肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度。简化公式为： ：单位为mm；：开关电源工作频率，单位为KHz。&#

8、160;     当计算出来的线径大于两倍穿透深度时(如>2)，应采用多股线并绕或铜带卷绕，铜带厚度也应小于穿透深度的两倍。4.11 变压器的卷绕 变压器参数计算完后，需要设计变压器生产用的结构图、绕线表、材料表、电气特性表，变压器使用的全部材料及生产过程必须符合ROSH指令。结构图：要求清晰表示绕组、胶带、挡墙之间的空间结构关系；绕线表：要求明确各绕组线材、匝数、始末端和绕线方法；材料表：明确规定变压器使用的材料规矩、生产商。 电气特性表：明确规定变压器的基本电气参数。 下面给出一个示例。4.11.1、变压器的结构图4.11.2、变压器

9、绕线图序号绕组起始端结束端线材匝数绕线方法1P1-132UEW 0.3236密绕2S278UEW 0.57匀绕3S189UEW 0.20/168密绕4P31112UEW 0.1512匀绕5P1-221UEW 0.3223匀绕6P256UEW 0.157密绕4.11.3、 变压器材料表序号材 料材料规格供应商1铁芯PC47 EGG24/30TDK2骨架T-357,T-375J长春PM9820,PM9630助友3绝缘胶带No.1318-1(a) 0.025mm(1层)协荣电气No.CT286舒利隆4绝缘胶带No.1318-1(a)0.075mm(3层)协荣电气No.CT286舒利隆5挡墙胶带No.

10、44T-A 44D-A协荣电气No.WF2902舒利隆6线材UEW 0.15( P3 , P2 )丰盛UEW 0.32 ( P1-1 , P1-2 )洪氏UEW 0.5 ( S2 )伟丰UEW 0.20/16 (S1)智承7套管TFL,TFT,TFS深圳华伦SILICONE RSU-1台湾东电化E651U-1厦门拓亚，台湾协荣4.11.4、电气特性表序号项目端子规格1电感量3-1700uH±10%2漏感3-1 / 二次侧短路17uH MAX3直流阻抗3-20.324±20%7-831.5m±30%8-914.7m±30%11-120.640±2

11、0%2-10.292±20%5-60.426±20%4耐压P-SAC 3KV rms 1 minuteP-COREAC 1.5KV rms 2 secS-COREAC 1.5KV rms 2 sec5极性与匝数比（输入 3-1）7-80.1185 rms ±10%8-90.1337 rms ±8.0%11-120.2048 rms ±5.5%2-10.3942 rms ±3.5%5-60.1151 rms ±10%4.12 变压器的安规要求耐压要求：变压器初级绕组短路与次级短路之间的耐压，一般为3000V/AC/1min；变压器初级短路对铁粉芯、变压器次级短路对铁粉芯的耐压，一般在1500V/AC/2 sec。安全间距要求：初级、次级的电气距离、爬电距离均大于6mm。通常情况下开关电