變壓器輸出功率和磁芯尺寸的關(guān)系

變壓器輸出功率和磁芯尺寸的關(guān)系

要使變壓器輸出更大的功率，我們希望在電壓一定的情況下，圈數(shù)要盡可能的少、導(dǎo)線盡可能的粗。

這樣才有利于提供較大的電流，輸出更大的功率。前者需要較大的磁芯截面積，后者要求較大的磁芯窗口

面積。因此要獲得較大的輸出功率磁芯尺寸必須夠大才行。

變壓器初級繞組的圈數(shù)可用下式來算：

　　　　　N = k *10^5 * U /(f *Ae* Bmax )

　　　　　k 為最大導(dǎo)通時間與周期之比，通常取k=0.4；

　　　　　U 是初級繞組輸入電壓（V），（近似等于直流輸入電壓)；

　　　　　f 是變壓器的工作頻率（KHZ）；

　　　　　Ae 是磁芯的截面積（cm2）；

　　　　　Bmax 是允許的磁通密度最大變化幅度（G）。

　　因此，在一定電壓下，增大截面積Ae、提高工作頻率f和選擇更大的峰值磁通密度Bmax，都有利于減少

圈數(shù)，提高輸出功率。但是，磁芯的損耗（鐵損）是按Bmax的2.7次冪和f的1.7次冪呈指數(shù)增長的，Bmax還

受磁芯飽和的限制。因此，提高工作頻率f和選擇更大的峰值磁通密度Bmax都是有限度的。大多數(shù)適合做開

關(guān)電源的鐵氧體磁芯頻率通常限制在10-50KHZ以內(nèi)，Bmax限制在2000G（高斯）以內(nèi)，一般取Bmax=1600G較

為合適。因此，功率主要靠磁芯截面積Ae、其次靠工作頻率f控制。

　　但必須明確的是，這種控制關(guān)系是間接的而不是直接的，Ae加大和f提高只是表示對同樣的電壓，允許

繞的圈數(shù)更少，只有實際把圈數(shù)減少了才能提高功率。如果在同樣材料的一個大磁芯和一個小磁芯上，用

一樣的導(dǎo)線繞同樣的圈數(shù)，對同樣的輸入電壓輸出功率是基本相同的。同樣，如果一個做好的變壓器，僅

僅靠改變工作頻率，也是不會使輸出功率提高的。

　　聯(lián)想到樓主張偉明的問題，因為變壓器已經(jīng)做好，所以我建議提高輸入電壓來提高功率；如果從變壓

器入手的話，可以嘗試把導(dǎo)線適當加粗，同時把頻率提高一些，以允許圈數(shù)能有所減少，這樣就可加大輸

出功率。

　　導(dǎo)線加粗受到磁芯窗口面積Ac限制。用截面積為Ad的導(dǎo)線繞N圈，占用的窗口面積為：

　　　Awc = N *Ad = k * 10^5 * U *Ad / (f *Ae* Bmax )

　　設(shè)，初級繞組窗口占用系數(shù)為Sn =Awc / Ac， Ad用電流I（有效值）和允許的電流密度J表示為

　　Ad=I/J/100，（Ad-平方厘米，I-A有效值，J-A/平方毫米）

　　則上式可寫成：Ac* Sn = k * U *I*10^3 / ( f *Ae* Bmax * J)

　　或，U*I = Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3 / k

　　因為輸入功率等于輸入電壓U與電流平均值k*Ip的乘積，而電流有效值I與峰值Ip的關(guān)系為

　　Ip= 1.58*I，所以輸入功率Pi = 1.58*k*U*I = 1.58*Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3

　　再乘上效率Ef就得到最大輸出功率的表達式

　　Po = 1.58 * Ef * Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3

　　可見，功率除了和上面那些有利于圈數(shù)減少的因素成正比之外，還與允許導(dǎo)線加粗的Ac、Sn以及電流

密度J成正比。工程上一般取Ef = 0.8，Sn=0.4，Bmax=1600G，J=4A/平方毫米，再考慮到不同電路形式的

繞組結(jié)構(gòu)不同，故常用下式來估算磁芯的最大輸出功率：Po = m * f * Ae * Ac

　　推挽電路m=3.2，單端正激電路m=1.6，半橋和全橋m=4.48

　　電視機行輸出變壓器常用的三種U型磁芯，U12、U16、U18的Ae與Ac乘積分別為6.12、14.9、30.4（平

方厘米），如果頻率取f=20KHZ，采用推挽電路，則可算得這三種磁芯可提供的最大輸出功率為：

　　U12：Po = 3.2*20*6.12 = 548 W

　　U16：Po = 3.2*20*14.9 = 954W

　　U18：Po = 3.2*20*30.4 = 1945W

　　這種U型磁芯窗口面積很大適合高壓大功率的場合，但磁路較長，初、次級耦合度較差，漏感大。再次

強調(diào)，算出的最大功率只是說明該磁芯的能力，大材小用可以，小材大用就不行了。

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