推挽式開關電源變壓器參數的計算

2020-12-14 電子產品世界

推挽式開關電源使用的開關變壓器有兩個初級線圈，它們都屬於勵磁線圈，但流過兩個線圈的電流所產生的磁力線方向正好相反，因此，推挽式開關電源變壓器屬於雙激式開關電源變壓器;另外，推挽式開關電源變壓器的次級線圈會同時被兩個初級線圈所產生的磁場感應，因此，變壓器的次級線圈同時存在正、反激電壓輸出;推挽式開關電源有多種工作模式，如：交流輸出、整流輸出、直流穩壓輸出，等工作模式，各種工作模式對變壓器的參數要求會有不同的要求。

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1-8-1-4-1.推挽式開關電源變壓器初級線圈匝數的計算

由於推挽式變壓器的鐵心分別被流過變壓器初級線圈N1繞組和N2兩個繞組的電流輪流進行交替勵磁，變壓器鐵心的磁感應強度B，可從負的最大值-Bm，變化到正的最大值+Bm，因此，推挽式變壓器鐵心磁感應強度的變化範圍比單激式變壓器鐵心磁感應強度的變化範圍大好幾倍，並且不容易出現磁通飽和現象。

推挽式變壓器的鐵心一般都可以不用留氣隙，因此，變壓器鐵心的導磁率比單激式變壓器鐵心的導磁率高出很多，這樣，推挽式變壓器各線圈繞組的匝數就可以大大的減少，使變壓器的鐵心體積以及變壓器的總體積都可以相對減小。

推挽式開關電源變壓器的計算方法與前面正激式或反激式開關電源變壓器的計算方法大體相同，只是對變壓器鐵心磁感應強度的變化範圍選擇有區別。對於具有雙向磁極化的變壓器鐵心，其磁感應強度B的取值範圍，可從負的最大值-Bm變化到正的最大值+Bm。

關於開關電源變壓器的計算方法，請參考前面「1-6-3.正激式變壓器開關電源電路參數計算」中的「2.1 變壓器初級線圈匝數的計算」章節中的內容。

根據(1-95)式：

(1-150)式和(1-151)式就是計算雙激式開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1或N2繞組的最少匝數，S為變壓器鐵心的導磁面積(單位：平方釐米)，Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度(單位：高斯);Ui為加到變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓，單位為伏;τ = Ton，為控制開關的接通時間，簡稱脈衝寬度，或電源開關管導通時間的寬度(單位：秒);F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關電源變壓器工作於正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來計算變壓器初級線圈N1繞組的匝數;F和τ取值要預留20%左右的餘量。式中的指數是統一單位用的，選用不同單位，指數的值也不一樣，這裡選用CGS單位制，即：長度為釐米(cm)，磁感應強度為高斯(Gs)，磁通單位為麥克斯韋(Mx)。

1-8-1-4-2.推挽式開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

A)交流輸出推挽式開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

推挽式開關電源如果用於DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流輸出，或把交流整流成直流後再逆變成交流輸出，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調整，因此電路相對比較簡單，工作效率很高。

用於逆變的推挽式開關電源一般輸出電壓都是佔空比等於0.5的方波，由於方波的波形係數(有效值與半波平均值之比)等於1，因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，並且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，只要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據半波平均值，就可以求得推挽式開關電源變壓器初、次級線圈匝數比。

根據前面分析，推挽式變壓器開關電源的輸出電壓uo，主要由開關電源變壓器次級線圈N3繞組輸出的正激電壓來決定。因此，根據(1-128)、(1-129)、(1-131)其中一式就可以出推挽式變壓器開關電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得逆變式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比：

n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 變壓比，D為0.5時 (1-152)

(1-152)式就是計算逆變式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的公式。式中，N1為開關變壓器初級線圈兩個繞組其中一個的匝數，N3為變壓器次級線圈的匝數，Uo輸出電壓的有效值，Ui為直流輸入電壓，Upa輸出電壓的半波平均值。

(1-152)式還沒有考慮變壓器的工作效率，當把變壓器的工作效率也考慮進去時，最好在(1-152)式的右邊乘以一個略大於1的係數。

B)直流輸出電壓非調整式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

直流輸出電壓非調整式推挽開關電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路後面再接一級整流濾波電路。這種直流輸出電壓非調整式推挽開關電源的控制開關K1、K2的佔空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5，因此，直流輸出電壓非調整式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比可直接利用(1-152)式來計算。即：

n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D為0.5時 (1-152)

不過，在低電壓、大電流輸出時，一定要考慮整流二極體的電壓降。

C)直流輸出電壓可調整式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

直流輸出電壓可調整式推挽開關電源的功能就要求輸出電壓可調，因此，推挽式變壓器開關電源的兩個控制開關K1、K2的佔空比必須要小於0.5;因為推挽式變壓器開關電源正反激兩種狀態都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓(平均值)的情況下，兩個控制開關K1、K2的佔空比相當於要小一倍。當要求輸出電壓可調範圍為最大時，佔空比最好取值為0.25。根據(1-140)和(1-145)式可求得：

(1-153)和(1-154)式就是計算直流輸出電壓可調整式推挽開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1或N2繞組的匝數，N3為變壓器次級線圈的匝數，Uo直流輸出電壓，Ui為直流輸入電壓。

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