開關電源原理與設計（連載二十四）反激式開關電源變壓器初級線圈電感量的計算

反激式開關電源變壓器初級線圈電感量的計算

反激式開關電源與正激式開關電源不同，對于如圖1-19的反激式開關電源，其在控制開關接通其間是不向負載提供能量的，因此，反激式開關電源在控制開關接通期間只存儲能量，而僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化成反電動勢向負載提供輸出。在控制開關接通期間反激式開關電源是通過流過變壓器初級線圈的勵磁電流產生的磁通來存儲磁能量的。根據(jù)(1-98)式和(1-102)式，當控制開關接通時，流過變壓器初級線圈的最大勵磁電流為：

(1-123)式就是計算反激式開關電源變壓器初級線圈電感的公式。式中，L1為變壓器初級線圈的電感，P為變壓器的輸入功率，Ton為控制開關的接通時間;I1m為流過變壓器初級線圈的最大勵磁電流，I1m= 2I1，I1為流過變壓器初級線圈的勵磁電流(平均值，可用有效值代之)。

由此可知，在計算反激式開關電源變壓器的參數(shù)時，不但要根據(jù)(1-120)式計算變壓器初級線圈的最少匝數(shù)，還要計算變壓器初級線圈的電感量。當變壓器初級線圈的最少匝數(shù)確定以后，變壓器初級線圈的電感量就只能再由選擇變壓器鐵心氣隙的大小來決定，或由選擇變壓器鐵心的導磁率來決定。

1-7-3-2-3.變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

圖1-19，反激式開關電源在控制開關接通期間是不輸出功率的，僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化成反電動勢向負載提供輸出。反激式開關電源變壓器次級線圈輸出端一般都接有一個整流二極管，和一個儲能濾波電容。由于儲能濾波電容的容量很大，其兩端電壓基本不變，變壓器次級線圈輸出電壓uo相當于被整流二極管和輸出電壓Uo進行限幅，因此，被限幅后的剩余電壓幅值正好等于輸出電壓Uo的最大值Up，同時也等于變壓器次級線圈輸出電壓uo的半波平均值Upa。

由于反激式變壓器開關電源的輸出電壓與控制開關的占空比有關，因此，在計算反激式開關電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比之前，首先要確定控制開關的占空比D。把占空比D確定之后，根據(jù)(1-110)式就可以計算出反激式開關電源變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)比。

根據(jù)(1-110)式

(1-110)式和(1-124)式中，Uo為反激式變壓器開關電源的輸出電壓，Ui變壓器初級線圈輸入電壓，D為控制開關的占空比，n = N2/N1為變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比。

在正常輸出負載的情況下，考慮到電源開關管的耐壓問題，反激式開關電源控制開關的占空比D的最大值一般都小于0.5。因此，反激式變壓器開關電源變壓器次級線圈大部分時間都是工作在斷流狀態(tài)，如圖1-21。當開關電源變壓器次級線圈出現(xiàn)斷流時，流過負載電流將全部由儲能濾波電容來提供，電容兩端產生的電壓紋波會增大很多，并且輸出電壓也會降低。因此，在考慮變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比的時候，也要把這個因數(shù)一同進行考慮，最好在變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比n的基礎上再乘一個略大于1的系數(shù)K。系數(shù)K一般取1.1~1.3，與占空比的取值有關，當占空比很小時，K值可取大一些。

這里順便提一下，變壓器線圈漆包線的電流密度一般取每平方毫米為2~3安培比較合適。當開關電源的工作頻率取得很高時，電流密度最好取得小一些，或者用多股線代替單股線，以免電流在導體中產生趨膚效應，增大損耗使導線發(fā)熱。另外，目前繞制變壓器使用的漆包線大部分都不是純銅線，因此電阻率相對比較大，把這些因素一起考慮，電流密度更不能取高。