電源變壓器設計實例

磁心尺寸

變壓器尺寸的選擇要在所選工作頻率上滿足功率需求和溫升。這些信息可以從制造商的數(shù)據(jù)中獲得，可傳送的功率的典型圖示于圖中。

實例

假設一個保守手機充電器設計的工作頻率是30kHz，溫升40℃，輸出是100W。

該系統(tǒng)給出5V、20A的單輸出。這種系統(tǒng)的效率是70%，可傳送的功率約為140W（假設主要的損耗在變壓器和輸出電路）。根據(jù)圖2。2。2，選擇EC41（FX3730）或類似的磁心尺寸是合適的。

優(yōu)化磁通密度

最優(yōu)磁通密度Bopt的選擇需要仔細考慮。不像反激變換器，該電路要使用兩個象限的B／H回環(huán)，可得到的磁感偏移大于反激時的兩倍。因此應該更加小心考慮磁心損耗，因為如果使用整個磁感偏移，磁心損耗可能超過銅損耗。對于最有效率的設計，磁心損耗和銅損耗應接近相等。

圖表示了41mm磁心以變壓器總損耗為變量的溫升曲線。假設允許的溫升是40℃，則變壓器中允許的功率損耗是2。6W（注意熱點溫度稍高于整個磁心溫度平均值）。因此如果該功率損耗由磁心和繞組平均分擔，則最大的磁心損耗是1.3W。

由圖可以看出在30kHz時，F(xiàn)X3730磁心在總磁通Φ接近19μWb時的損耗是1.3W。中心磁極的面積是106mm2，故中心磁極中的峰值磁通密度B是

圖在自然通風條件下，F(xiàn)×3730變壓器的溫升是內部總消耗的函數(shù)

注意：

1T=1Wb/m²

峰值磁通密度選擇的第二個考慮是在最大輸入電壓時瞬間負載條件下磁心飽和的可能性。

暫態(tài)條件

變換器工作于閉環(huán)時，隨著輸入電壓增加，脈寬通常以相同的速率減小以維持輸入電壓恒定。在這些條件下，磁心的磁通密度峰值保持在設計值（本例為180mT）?？墒窃谒矐B(tài)條件下，無論充電器電壓如何，脈寬可能增加到最大值。這種情況可能出現(xiàn)在輸入電壓為最大的時候。變壓器設計成最小電壓和最大脈寬時工作在180mT。因此最大輸入電壓時磁通密度的增加將與電壓的增加率相同（本例為50%）。本例中，磁通密度將從180mT突然增加到270mT，從圖可以看出，這仍然低于其飽和限制，所以只要變壓器的工作對稱于零磁通，瞬間負載就不會引起磁心飽和，工作是可靠的。

如果計算顯示磁心將會飽和，建議采取下列措施之一。

（1）設計在較低的磁通水平工作。雖然這種方法安全，但降低了變壓器效率，因為需要更多的繞組，并且不能使用優(yōu)化磁通水平

（2）為兩個開關晶體管提供獨立的快動作限流。這是一種好的解決方案，因為它不僅能防止飽和，還能防止其他的不利條件。使用電流型控制可起到類似的作用。

圖在100℃時，一對FX3730磁心的磁滯和渦流損耗是總磁通Φ中的函數(shù)，以頻率為參數(shù)（經(jīng)Mullard公司許可）

（2）正比于輸入電壓的最大脈寬采用結束停止功能。這也是一種可接受的解決方法但這種方法使暫態(tài)性能降低。