開關電源原理與設計（連載四十一）半橋式開關電源變壓器參數(shù)的計算

1-8-2-5.半橋式開關電源變壓器參數(shù)的計算

半橋式變壓器開關電源的工作原理與推挽式變壓器開關電源的工作原理是非常接近的，只是變壓器的激勵方式與工作電源的接入方式有點不同;因此，用于計算推挽式變壓器開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù)的數(shù)學表達式，只需稍微修改就可以用于半橋式變壓器開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù)的計算。

A)半橋式開關電源變壓器初級線圈匝數(shù)的計算

半橋式變壓器開關電源與推挽式開關電源一樣，也屬于雙激式開關電源，因此用于半橋式開關電源的變壓器鐵心的磁感應強度B，可從負的最大值-Bm，變化到正的最大值+Bm，并且變壓器鐵心可以不用留氣隙。半橋式開關電源變壓器的計算方法與前面推挽式開關電源變壓器的計算方法基本相同，只是直接加到變壓器初級線圈兩端的電壓僅等于輸入電壓Ui的二分之一。根據(jù)推挽式開關電源變壓器初級線圈匝數(shù)計算公式(1-150)和(1-151)式：

設直接加到半橋式開關電源變壓器初級線圈兩端的電壓為Uab，且Uab =Ui/2 ，則上面(1-150)和(1-151)式可以改寫為：

上面(1-174)和(1-175)式就是計算半橋式開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù)的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數(shù)，S為變壓器鐵心的導磁面積(單位：平方厘米)，Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度(單位：高斯);Uab為加到變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓，Uab =Ui/2 ，Ui為開關電源的工作電壓，單位為伏;τ = Ton，為控制開關的接通時間，簡稱脈沖寬度，或電源開關管導通時間的寬度(單位：秒);

F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關電源變壓器工作于正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來計算變壓器初級線圈N1繞組的匝數(shù);F和τ取值要預留20%左右的余量。式中的指數(shù)是統(tǒng)一單位用的，選用不同單位，指數(shù)的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長度為厘米(cm)，磁感應強度為高斯(Gs)，磁通單位為麥克斯韋(Mx)。

B)交流輸出半橋式開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

半橋式變壓器開關電源如果用于DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流，或把交流整流成直流后再逆變成交流，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調整，因此電路相對比較簡單，工作效率很高。請參考圖1-36、圖1-38、圖1-39。

用于逆變的半橋式變壓器開關電源一般輸出電壓uo都是占空比等于0.5的方波，由于方波的波形系數(shù)(有效值與半波平均值之比)等于1，因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，并且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，只要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據(jù)半波平均值，就可以求得半橋式開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比。

根據(jù)前面分析，半橋式變壓器開關電源的輸出電壓uo，主要由開關電源變壓器次級線圈輸出的正激電壓來決定。因此，根據(jù)(1-158)、(1-159)、(1-161)等式其中一式就可以出半橋式變壓器開關電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得半橋式逆變開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比：

n =N2/N1 =2Uo/Ui = 2Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D = 0.5時 (1-176)

(1-176)式就是計算半橋式逆變開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的匝數(shù)，N2為變壓器次級線圈的匝數(shù)，Uo輸出電壓的有效值，Ui為直流輸入電壓，Upa輸出電壓的半波平均值。

(1-176)式還沒有考慮變壓器的工作效率，當把變壓器的工作效率也考慮進去時，最好在(1-176)式的右邊乘以一個略大于1的系數(shù)。

C)直流輸出電壓非調整式半橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

直流輸出電壓非調整式半橋開關電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路后面再接一級整流濾波電路。請參考1-43、圖1-44、圖1-45。這種直流輸出電壓非調整式半橋開關電源的控制開關K1、K2的占空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5，因此，直流輸出電壓非調整式半橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比可直接利用(1-176)式來計算。即：

n =N2/N1 =2Uo/Ui = 2Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D = 0.5時 (1-176)

不過，在低電壓、大電流輸出的情況下，一定要考慮整流二極管的電壓降和變壓器的工作效率。

D)直流輸出電壓可調整式半橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

直流輸出電壓可調整式半橋開關電源的功能就要求輸出電壓可調，因此，半橋式變壓器開關電源的兩個控制開關K1、K2的占空比必須要小于0.5;因為半橋式變壓器開關電源正、反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓(平均值)的情況下，兩個控制開關K1、K2的占空比相當于要小一倍。當要求輸出電壓可調范圍為最大時，占空比最好取值為0.25。根據(jù)(1-140)和(1-145)式，并把輸入電壓Ui換成Uab可求得：

(1-177)、(1-178)式，就是計算直流輸出電壓可調整式半橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數(shù)，N2為變壓器次級線圈的匝數(shù)，Uo為直流輸出電壓，Uab為加到變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓，Uab =Ui/2 ，Ui為開關電源的工作電壓。

同樣，在低電壓、大電流輸出的情況下，一定要考慮變壓器的工作效率以及整流二極管的電壓降和開關器件接通時的電壓降。