变换器磁芯匝数的简易计算

 　　变换器磁芯匝数的简易计算

　　１）磁芯参数

　　磁芯参数在变换器的变压器绕制中非常重要，需要认真对待。但是根据这些参数进行的计算往往非常繁琐，同一个对象各人会有不同的计算结果，特别是给初学者带来不少困惑。

　　其实制造商已经给了我们足够简化的参数，凭借这些参数，初学者完全可以不费劲地完成一个简单的电源设计。

　　我们以EE型磁芯来做例子。制造商给出的参数如下：

　　表中给出了几乎所有的必要参数：物理尺寸、体积、截面积、磁路长度、电感系数、导磁率。而其中对实际应用最有用的，是电感系数。

　　电感系数以AL表示，单位是nH/N2，含义是电感量正比于匝数的平方。

　　例如EE13型磁芯，在芯柱上每绕一匝，电感量按1.1µH/(匝)²的比例增加，如果需要10匝，那么电感量就为1.1µH*(10)²=110µH。

　　反之，如果我们需要在EE13磁芯上获得1.1mH的电感量，需要绕多少匝呢？

　　1.1mH=1100µH，与电感系数的比是1000，于是需要的匝数为

　　____

　　√1000=31.623≈32匝。

　　２）单端驱动的变压器

　　在单端驱动方式下，例如单端反激式电源变换器中，初级绕阻有一个不可抵消的直流分量存在，这个直流分量对磁芯产生了一定的磁化，占用了一部分磁力线，于是导磁率相应降低了。具体降低多少，与使用的功率有关。由于直流磁化降低了用于功率变换的导磁率，激励电流变大，从而磁力线进一步减少并使磁路很快进入饱和。为避免这种饱和状态的发生，需要在磁路中插入一个气隙。

　　气隙是一个没有明确定义长度的物理量。就个人经验来看，EE型磁芯两半紧密合拢时的气隙，在端面抛过光的情况下，电感系数为标称值的0.7~0.9，此时不含有直流分量。

　　如果输出功率小于最大功率的十分之一，并且端面使用70x胶紧密胶合，电感系数降为标称值的0.5~0.7，此时包含较小的直流分量。

　　如果输出功率在十分之一到二分之一之间，且端面气隙距离为0.1mm~0.3mm，电感系数降为标称值的0.2~0.5，此时有较大的直流分量。

　　若输出功率为二分之一到全功率之间，则电感系数可取为标称值的0.1~0.2，此时有最大的直流分量和最大的气隙距离；气隙距离为0.3mm~0.5mm左右，这个尺寸不必苛求。若达到0.5mm的话，基本上电感系数都可降到标称值的0.05倍左右，甚至更低。

　　３）推挽驱动的变压器

　　推挽驱动方式通常会将直流分量抵消，如果推挽绕组的对称性较好，那么可认为在初级回路中的直流分量是零。

　　由于推挽方式一般用于大功率变换器，如果次级输出是半波整流的话，仍然会有直流分量干扰磁路，因此在半波整流的情况下也需要考虑气隙问题，气隙的大小和直流磁化引起的电感系数下降，可参照上节的描述进行。

　　在初、次级回路中的直流分量均为零的情况下，电感系数可按标称值的0.9~0.95取值，要保证端面接触良好。

　　４）确定初级的电感量和匝数

　　仍以EE13型磁芯为例。

　　我们把变压器初级看成是一个交流电阻器。假如电源电压为24V，开关管的压降可以忽略不计，那么在额定功率输出时初级上的交流电阻为24V/输入电流。若输出功率为1W，变换效率为70%，则交流电阻为

　　(24V)²/(1W/70%)=403.2Ω，

　　输入电流则为

　　24V/403.2Ω≈59.5mA。

　　我们知道电感器的交流电阻是感抗，所以我们可以从公式中得出它的电感量，设工作频率为60KHz：

　　L=R/2πf=403.2/2π*60000≈1.07(mH)=1070µH。

　　若变压器是单端驱动的，那么我们可取电感系数为标称值的0.5，则有

　　____________

　　匝数=√[1070/(1.1*0.5)]＝44.1≈44(T)。

　　最后，还要加上20%的安全余量，这样匝数就变为44*1.2=52.8≈53(T)。