開關(guān)電源變壓器計算公式的最全整理

在電子專業(yè)里，經(jīng)常能看到變壓器的身影，變壓器是一種供電所常用的機器，它的主要作用是改變電壓。變壓器的工作原理其實很簡單，就是通過電磁感應(yīng)讓交流電的電壓發(fā)生改變。其主要構(gòu)件包括初級線圈、次級線圈、鐵芯。其實變壓器的作用不只是改變電壓那么簡單，它的作用還包括電壓變換電流變化等。

接下來，小編為大家整理了開關(guān)電源變壓器相關(guān)的計算公式，趕緊收藏起來吧！

1、確定系統(tǒng)規(guī)格

最小AC輸入電壓：VACMIN，單位：伏特。

最大AC輸入電壓：VACMAX，單位：伏特。

輸入電壓頻率：fL，50Hz或者60Hz。

輸出電壓：VO，單位：伏特。

最大負載電流：IO，單位：安培。

輸出功率：PO，單位：瓦特。

電源效率：η，如無數(shù)據(jù)可供參考，則對于低電壓輸出（低于6V）應(yīng)用和高電壓輸出應(yīng)用，應(yīng)分別將η設(shè)定為0.75~0.79和0.8~0.89。

計算最大輸入功率：PIN，單位：瓦特。

2、直流電壓范圍（VMIN、VMAX）

最小直流輸入電壓VMIN

其中，

fL為輸入交流電壓頻率（50Hz/60Hz）；

tC為橋式整流大額導(dǎo)通時間，如無數(shù)據(jù)可供參考，則取3ms；

所有單位分別為伏特、瓦特、赫茲、秒、法拉第。

最大直流輸入電壓VMAX

3、相應(yīng)工作模式和定義電流波形參數(shù)KP

圖2.2 電流波形與工作模式

當KP≤1，連續(xù)模式，如圖2.2a；

其中：IR為初級紋波電流，IP為初級峰值電流。

當KP≥1，非連續(xù)模式,如圖2.2b；

在連續(xù)模式設(shè)計中，寬電壓輸入時，設(shè)定KP=0.4；230V單電壓或者115V倍壓整流輸入時，設(shè)定KP=0.6。在非連續(xù)模式設(shè)計中，設(shè)定KP=1。

4、確定反射的輸出電壓VOR和最大占空比DMAX

反射電壓VOR設(shè)定在80V~110V。

連續(xù)模式時計算DMAX：

非連續(xù)模式時計算DMAX：

其中，設(shè)定CR5842外接功率MOSFET漏極和源極VDS=10V。

5、用產(chǎn)品手冊選擇磁芯材料，確定ΔB大小

選擇有磁芯材料應(yīng)該考慮高Bs，低損耗及高ui材料，還要結(jié)合成本考量；見意選項用PC40以上的材質(zhì)。為了防止出現(xiàn)瞬態(tài)飽和效應(yīng)以低ΔB設(shè)計:

式中：ΔB為最大磁通密度擺幅，Bs為飽和磁通密度，Br為剩磁，BM為最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范圍之內(nèi)，若BM＞0.3T，需增加磁芯的橫截面積或增加初級匝數(shù)NP，范圍之內(nèi)。如BM＜0.2T，就應(yīng)選擇尺寸較小的磁芯或減小初級匝數(shù)NP值。

6、確定合適的磁芯

實際上，磁芯的初始選擇肯定是很粗略的，因為變量太多了。選擇合適磁芯的方法之一是查閱制造商提供的磁芯選擇指南。如果沒有可參考資料，可采用下面作為參考。

傳遞功率：

電流密度：

繞組系數(shù)：

式中，AP單位為mm4，Aw為窗口面積，Ae為磁芯的截面積，如圖2.3。ΔB為正常操作狀態(tài)下的最大磁通密度（單位：特拉斯（T））。為了防止磁芯因高溫而瞬間出現(xiàn)磁飽和，對于大多數(shù)功率鐵氧體磁芯的尺寸越大Ae越高，所做的功率就越大。

圖2.3：磁芯窗口面積和截面積

7、估算DCM/CCM臨界電流IOB

8、計算初級繞組與次級繞組匝數(shù)比

其中，NP和NS分別為初級側(cè)和次級側(cè)匝數(shù)。VO為輸出電壓，VF為二極管正向電壓：對超快速PN結(jié)二極管選取0.7V，肖特基二極管選取0.5V。VDCMIN為最小輸入直流電壓，DMAX為設(shè)置的最大占空比， VOR為反射電壓。

9、計算DCM/CCM臨界時副邊峰值電流ΔISB：

10、計算CCM狀態(tài)下副邊峰值電流ΔISP：

11、計算CCM狀態(tài)時原邊峰值電流ΔIPP：

12、計算副邊電感LS及原邊電感LP：

由于此電感值為臨界電感，若需要電路工作于CCM則可增大此電感值，若需要工作于DCM則可適當調(diào)小此電感值。

13、確定原邊最小NP匝數(shù)與副邊NS匝數(shù)：

其中單位分別為特拉斯、安培、微亨、平方厘米,，如無參考數(shù)據(jù)，則使用

以特拉斯(T)為單位。

14、次級繞組和輔助繞組

初級繞組與次級繞組匝數(shù)比：

其中，NP和NS分別為初級側(cè)和次級側(cè)匝數(shù)。VO為輸出電壓，VD為二極管正向電壓：對超快速PN結(jié)二極管選取0.7V，肖特基二極管選取0.5V。

然后確定正確的NS，使得最終的NP不得小于NP,MIN。有的時候最終的NP比NP,MIN大得多，這就需要更換一個大的磁芯，或者在無法更換磁芯時，則通過增加KP值來減小LP，這樣，最終的初級側(cè)匝數(shù)也會減小。

輔助繞組匝數(shù)

其中，VDD為輔助繞組整流后的電壓，VDB為偏置繞組整流管正向電壓；

考慮到系統(tǒng)在滿載和空載轉(zhuǎn)變瞬間，由于能量瞬間導(dǎo)致VDD下沖誤觸發(fā)UVLO，在系統(tǒng)允許的輸入電壓范圍內(nèi)且輸出為空載時，建議VDD按13V來計算。

確定磁芯氣隙長度：

其中，Lg單位為毫米，Ae單位為平方厘米，AL為無間隙情況下的AL值，單位為納亨/圈2，LP單位為微亨。

通常不推薦對中心柱氣隙磁芯使用小于0.1 mm的值，因為這樣會導(dǎo)致初級電感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的Lg值，請咨詢變壓器供應(yīng)商以獲得指導(dǎo)。

15.根據(jù)有效值電流來確定每個繞組的導(dǎo)線直徑。

當導(dǎo)線很長時（＞1m），電流密度可以取5A/mm2。當導(dǎo)線較短且匝數(shù)較少時，6~10A/mm2的電流密度也是可取的。應(yīng)避免使用直徑大于1mm的導(dǎo)線，防止產(chǎn)生嚴重的渦流損耗并使繞線更加容易。對于大電流輸出，最好采用多股細線并繞的方式繞制，減小集膚效應(yīng)的影響。

檢查一下磁芯的繞組窗口面積是否足以容納導(dǎo)線。所需的窗口面積由以下公式給出：

式中，AC為實際的導(dǎo)體面積，KF為填充系數(shù)。填充系數(shù)通常為0.2~0.3。

關(guān)于思睿達微電子

思睿達是專注于ADC、DAC、PoE和DC / DC 芯片級解決方案的高科技企業(yè)，目前同步推廣啟臣微全系列產(chǎn)品，希望將啟臣15年在電源行業(yè)這份積淀，這份堅持發(fā)揚光大。思睿達同時也可以提供芯片級定制服務(wù)。

審核編輯：符乾江