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3对功率变压器的要求
（1）漏感要小
图9是双极性电路（半桥、全桥及推挽等）典型的电压、电流波形，变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。
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图9双极性功率变换器波形
功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关，仅就变压器而言，减小漏感是十分重要的。
（2）避免瞬态饱和
一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－H曲线接近拐点处，因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快，持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大，在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压，脉冲变压器的饱和，即使是很短的几个周期，也会导致功率开关管的损坏，这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。
（3）要考虑温度影响
开关电源的工作频率较高，要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小，随着工作温度的升高，饱和磁通密度的降低应尽量小。在设计和选用磁心材料时，除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外，还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小，一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响，按开关电源工作环境温度为40℃考虑，磁心温度可达60～80℃，一般选择Bm=0.2～0.4T，即2000～4000GS。
（4）合理进行结构设计
从结构上看，有下列几个因素应当给予考虑：
漏磁要小，减小绕组的漏感；
便于绕制，引出线及变压器安装要方便，以利于生产和维护；
便于散热。
4磁心材料的选择
软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。
软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。
在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。
开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求：
（1）具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br
磁通密度Bs的高低，对于变压器和绕制结果有一定影响。从理论上讲，Bs高，变压器的绕组匝数可以减小，铜损也随之减小。
在实际应用中，开关电源高频变换器的电路形式很多，对于变压器而言，其工作形式可分为两大类：
1）双极性。电路为半桥、全桥、推挽等。变压器一次绕组里正负半周励磁电流大小相等，方向相反，因此对于变压器磁心里的磁通变化，也是对称的上下移动，B的最大变化范围为△B=2Bm，磁心中的直流分量基本抵消。
2）单极性。电路为单端正激、单端反激等，变压器一次绕组在1个周期内加上1个单向的方波脉冲电压（单端反激式如此）。变压器磁心单向励磁，磁通密度在最大值Bm到剩余磁通密度Br之间变化，见图7，这时的△B=Bm－Br，若减小Br，增大饱和磁通密度Bs，可以提高△B，降低匝数，减小铜耗。
（2）在高频下具有较低的功率损耗
铁氧体的功率损耗，不仅影响电源输出效率，同时会导致磁心发热，波形畸变等不良后果。
变压器的发热问题，在实际应用中极为普遍，它主要是由变压器的铜损和磁心损耗引起的。如果在设计变压器时，Bm选择过低，绕组匝数过多，就会导致绕组发热，并同时向磁心传输热量，使磁心发热。反之，若磁心发热为主体，也会导致绕组发热。
选择铁氧体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为，假如磁心损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁心损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。因此国内外在研制功率铁氧体时，必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题，这也是电源用磁性材料的一个显著特点，日本TDK公司的PC40及国产的R2KB等材料均能满足这一要求。
（3）适中的磁导率
相对磁导率究竟选取多少合适呢？这要根据实际线路的开关频率来决定，一般相对磁导率为2000的材料，其适用频率在300kHz以下，有时也可以高些，但最高不能高于500kHz。对于高于这一频段的材料，应选择磁导率偏低一点的磁性材料，一般为1300左右。
（4）较高的居里温度
居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度，一般材料的居里温度在200℃以上，但是变压器的实际工作温度不应高于80℃，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70％。因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。对于R2KB2材料，其允许功耗对应的温度已经达到110℃，居里温度高达240℃，满足高温使用要求。
5开关电源功率变压器的设计方法
5.1双极性开关电源变压器的计算
设计前应确定下列基本条件：电路形式,开关工作频率,变压器输入电压幅值,开关功率管最大导通时间,变压器输出电压电流,输出侧整流电路形式，对漏感及分布电容的要求，工作环境条件等。
（1）确定磁心尺寸
1）求变压器计算功率Pt
Pt的大小取决于变压器输出功率及输出侧整流电路形式：
全桥电路，桥式整流：Pt=(1＋1/n)Po 半桥电路，双半波整流：Pt=(1/n＋)Po 推挽电路，双半波整流：Pt=(/n＋)Po式中：Po=UoIo，直流输出功率。Pt可在（2～2.8）Po范围内变化，Po及Pt均以瓦（W）为单位。n=N1/N2, 变压匝数比。
2）确定磁通密度Bm
Bm与磁心的材料、结构形式及工作频率等因素有关，又要考虑温升及磁心不饱和等要求。对于铁氧体磁心多采用0.3T（特斯拉）左右。
3）计算磁心面积乘积Sp
Sp等于磁心截面积Sc（cm2）及窗口截面积So（cm2）的乘积，即
Sp=ScSo=[(Pt×104)/4BmfKwKj]1.16(cm4)
式中：Kw——窗口占空系数，与导线粗细、绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关。一般低压电源变压器取Kw=0.2～0.4。
Kj——电流密度系数，与铁心形式、温升要求等有关。对于常用的E型磁心，当温升要求为25℃时，Kj=366；要求50℃时，Kj=534。环型磁心，当温升要求为25℃时，Kj=250;要求50℃时，Kj=365。
由Sp值选择适用于或接近于Sp的磁性材料、结构形式和磁心规格。
（2）计算绕组匝数
1）一次绕组匝数：N1=(Up1ton×10－2)/2BmSc(匝)
式中：Up1——一次绕组输入电压幅值（V）
ton——一次绕组输入电压脉冲宽度（μs）
2）二次绕组匝数：N2=(Up2N1）/Up1（匝）
……
Ni=(UpiN1）/Up1(匝)
式中：Up2…Upi——二次绕组输出电压幅值（V）
（3）选择绕组导线
导线截面积Smi=Ii/j(mm2)
式中：Ii——各绕组电流有效值（A）
j——电流密度
j=KjSp－0.14×10－2(A/mm2)
（4）损耗计算
1）绕组铜损Pmi=Ii2Rai(W)
式中：Rai——各绕组交流电阻（Ω），
Ra=KrRd，Rd——导线直流电阻，Kr——趋表系
数,Kr=(D/2)2/(D－△)·△,D——圆导线
直径（mm），△——穿透深度（mm），圆铜导线△
=66.1/f0.5（f：电流频率，Hz）
变压器为多绕组时，总铜损为
Pm=Ii2Rai(W)
2）磁心损耗Pc=PcoGc
式中：Pco——在工作频率及工作磁通密度情况下单
位质量的磁心损耗（W/kg）
Gc——磁心质量（kg）
3）变压器总损耗Pz=Pm＋Pc（W）
（5）温升计算
变压器由于损耗转变成热量，使变压器温度上升，其温升数值与变压器表面积ST有关
式中：Sp——磁心面积乘积（cm4）
KS——表面积系数，E型磁心KS=41.3，环型
磁心KS=50.9
5.2单极性开关电源变压器的计算
设计前应确定下列基本条件：电路形式，工作频率，变换器输入最高和最低电压，输出电压电流，开关管最大导通时间，对漏感及分布电容的要求，工作环境条件等。
（1）单端反激式计算
1）变压器输入输出电压
一次绕组输入电压幅值UP1=Ui－△U1
式中：Ui——变换器输入直流电压（V）
△U1——开关管及线路压降（V）
二次绕组输出电压幅值UP2=U02＋△U2
……
