开关电源的设计与制作

Lc = 0.63×Ps N12lm / M2hm ×[δo+1/3(δ1+δ式中 Ls: 漏感(H)

N1: 初次级绕组总匝数

Lm: 初次级绕组平均匝长(cm) ρs: 漏感修正系数 ρs = 1—δo+δ1+δ

II /

II) ]

×10—8

πΜhm+0.35(δo+δ1+δ II /π

Μhm)2

3)环形磁心变压器漏感计算

环形磁心变压器初级绕组绕在里层,可认为初级漏为零.则次级绕组漏感为: LΩ=0.4×N[δⅡlΦ2 / Φ1+hrˊ2lm(1+2δo/δ)/(/—3δo/Φ2] 式中: LΩ: 次级绕组漏感(H) N2: 次级绕组匝数 Φ1 : 环形变压器内径 Φ2 : 环形变压器外径 h r : 环形变压器高度 δo: 绕组间绝缘厚度

换算至初级漏感 L`S2 = (N1N2)2ls2

式中,L s2------次级绕组换算至初级漏感(H)

减小漏感可采用以下措施

a:减少绕组匝数,应采用高饱和磁感应强度,低损耗的磁性材料;

b:减少绕组厚度,增加绕组高度; c:尽可能减少绕组向绝缘厚度; d:初 次级绕组采用分层效绕制:

e:对于环形磁心变压器,不管初 次级匝数多少均应沿环形园周均匀分布,当次级绕匝数很少时,宜采用多个绕组并联的方法.

十.初.次级绕组双线并绕. 3. 分布电容的计算

任何金属体之间都有电容存在,如果这两金属件之间电位处处相等,这样形成的电容为静电容. 在变压器中,绕组线匝之间,同一绕组上下层之间,不同绕组之间,绕组对屏蔽层之间沿着某一线长度方向的电位是变化的,这样形成的电容就不同于静电容,称为分布电容.变压器分布电容由下列电部由下列部分组成: a. 绕组对磁心(或屏蔽层)分布电容; b. 各绕之间分布电容; c:绕组与绕组间分布电容.

开关电源变压器通常每层绕组有较多匝数,每层匝间总电容为每匝电容串联,这小于层间电容,故匝间电容可忽略不计. 各部分电容计算如下:

1) 层间(或绕组间)静态电容 Co=0.0886

式中Co-----静态电容(PF) hm----绕组高度(cm)

Lmc----所计算电容的层间(或绕组间)平均匝长(cm);

δc----层间(或绕组间)绝缘厚度和导线漆膜厚度之和(cm).

2) 层间(或绕组间)的分布电容

式中:Ca----动态电容,表示反映在绕组电压υ两端的分布电容(PF); Uli----层间(或绕组)低压端电位差(V); Uhi----层间(或绕组间)高压端电位差(V); U------绕组电压(V);

3) 绕组对铁心(或绕组对屏蔽层)分布电容 步骤同上,先算Co,再算Cd

Co------相关位置的静态电容, Cd-----分布电容 4) 多层绕组分布电容计算.

开关电源变压器每个绕组一般有很多层,且层间结构相同,因此,各层的分布电容也相同.每绕组总分布电容为:

或

式中 Cdl----初级绕组分布电容(PF)

Col-----初级绕组每层静态电容(PF) Ul -----初级绕组电压(V);

Unl----初级绕组每层电压; Sl ----初级绕组层数

次级绕组总分布电容:

式中 Cd2-----次级绕组分布电容(PF); Co2-----次级绕组每层静态电容(PF); S2--------次级绕组层数; 次级绕组换算到初级的分布电容为:

在减少漏感而采用间绕方式的线圈结构时,初级,次级绕组分布电容计算分式如下 M=2时: M=4时:

5) 变压器总分布电容

变压器的总分布电容为初级绕组间总电容,次级绕组间总电容,绕组间电容及绕组对磁心(或绕组对屏蔽层)之间电容并联总和.

Cat=Cac+CDl+Σd2+ΣCdm

式中 Cat----变压器部分布电容(PF);

Cdc----绕组对磁心(或绕组对屏蔽层)间分布电容)(PF); Cdi----初级绕组分布电容(PF)

ΣCd2---- 次级绕组分布电容总和(PF) ΣCdm-----所有绕组间分布电容总和(PF)

Ⅱ.减少分布电容的措施:

a.降低静态电容,采用介电常数小的绝缘材料,适当增加绝缘材料的厚度,减沙对应面积,成其注间减少高压绕组的静态电容; b.绕组分段绕制;

c.正确安 绕组极性,减少它们之间的电位差; d.采用电屏蔽. Ⅲ.抗干扰措施

为了消除绕且间通过分布电容产生的电耦合,防止外界高频信号对变压器工作信号负载

的干扰,必要时可采用静电屏蔽,磁心接地及变压器加金属罩等措施. 4.2有效电阻

1.趋肤效应

开关变压器工作频率一般在20KHZ左右,随着元器件的改善,工作频率的提高,趋肤效应影响越大.因此,在设计绕组选择电流和线径时必须考虑趋肤效应引起的有效截面的减小.

导线通有高频交流电流时,有效截面的减小要以用穿透度来表示,穿透深度的意义是:由于趋肤效应,交变电流沿导线表面开始能达到的径各深度.

计算公式为:

Δ=(√2 /w·u·r·)10—3 Δ: 穿透深度(mm)

W: 角频率W=2πf(rad /s) U; 导线磁导率 (H/ M) r: 导线的导电率 (s/ m)

注:当导线为圆导线时,铜的相对磁导率等于1.因此,铀的磁导即为真容磁导率,则u=4π×一7H/m,r=58×一6s/m.

故有: Δ=66.1 / √f

频率从1KHZ到50KHZ圆导线的穿透深度为:

1KHZ 2.089mm. 3KHZ 1.206mm, 5KHZ 0..9436mm, 7KHZ 0.7899mm, 10KHZ 0.6608mm, 13KHZ 0.5196mm 15KHZ 0.53976mm 18KHZ 0.4926mm, 20KHZ 0.4673mm 23KHZ 0.4538mm 25KHZ 0.4180mm 30KHZ 0.3815mm 50KHZ 0.2955mm

II.导线选择原则

在选用开关电源变压器初,次级绕组线径进时,应遵循导线直径小于两倍穿透度的原则,当导线

要求的线径大于由穿透深度决定的最大有效直径时,采用小直径的导线并绕或采用多股导线.大电流组最好能采用宽而薄的扁铜带,铜带厚度就应小于穿透深度的两倍.

Ⅲ.交流电阻计算 当使用的导线线经大于两倍穿透度深度时,由于趋肤应引起的电阻增加,此时应该用导线的交

流有效电阻来计算线圈压降和损耗. Rf=kr.ro

式中: rf----交流有效电阻

ro----导线直电阻 kr---趋表系数-

趋表系数大小不仅与交流电的频率有关,而且还与材料的性质,导线形状有关.实心圆铜导导

线的趋表系数可由下式求得:

kr=(0.5d / Δ)+0.28 式中d----圆导线直径.

当同时考虑集肤效应和邻近效应的影响时,,导线交流电阻可按以下方法求得:

绕阻高频电阻计算

由脉冲变压器频谱持性可知,脉冲变压器相当于一个带宽高频变压器.变压器绕组在高频工作由于集肤效应和邻近效应的影响,其高频电阻r1比其直流电阻ro大得多.

一个脉冲持续时间为ta的周期性脉冲电流,可用一个止流高频电流来等效,该等效频率fe为:

fe=4×106 / π2td

式中, fe:等效频率(HZ); td:脉冲持续时间(US); 为减少集肤效应影响,最大允许导线直径dy可接下式计算: dy=123.2 / √fe 当导线直径超过上式计算值时,可采用多根导线并绕或用多股辫线,以减小集肤效应的影响,

考虑集肤效应和邻近效应的影响,绕组高频电阻rf可按下式计算:

对单根导线:

rf=[Y+(NRxd / 2gD)2·×] ro

对多股辫线:

rf={Y+[(NRx / 2gD)2+C / do2] m2d2×} ro

式中: Y:考虑因集肤效应电阻增加的系数;

X:考虑因邻近效应电阻增加的系数;

D:绕组外直径(Cm);

N:绕组匝数;

d:裸线直径或辫线中一艺根芯线直径(cm); do:不计外部绝缘的辫线外径(cm);

g:匝的疏密度,等于a/d(单根导线)和a/do(辫线) a:相邻两导线间距离(cm); c=4(m-1) / 2m-1 m:绕组辫丝的芯线数