开关电源原理与设计（连载二十四）反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算

反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算

反激式开关电源与正激式开关电源不同，对于如图1-19的反激式开关电源，其在控制开关接通其间是不向负载提供能量的，因此，反激式开关电源在控制开关接通期间只存储能量，而仅在控制开关关断期间才把存储能量转化成反电动势向负载提供输出。在控制开关接通期间反激式开关电源是通过流过变压器初级线圈的励磁电流产生的磁通来存储磁能量的。根据(1-98)式和(1-102)式，当控制开关接通时，流过变压器初级线圈的最大励磁电流为：

(1-123)式就是计算反激式开关电源变压器初级线圈电感的公式。式中，L1为变压器初级线圈的电感，P为变压器的输入功率，Ton为控制开关的接通时间;I1m为流过变压器初级线圈的最大励磁电流，I1m= 2I1，I1为流过变压器初级线圈的励磁电流(平均值，可用有效值代之)。

由此可知，在计算反激式开关电源变压器的参数时，不但要根据(1-120)式计算变压器初级线圈的最少匝数，还要计算变压器初级线圈的电感量。当变压器初级线圈的最少匝数确定以后，变压器初级线圈的电感量就只能再由选择变压器铁心气隙的大小来决定，或由选择变压器铁心的导磁率来决定。

1-7-3-2-3.变压器初、次级线圈匝数比的计算

图1-19，反激式开关电源在控制开关接通期间是不输出功率的，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化成反电动势向负载提供输出。反激式开关电源变压器次级线圈输出端一般都接有一个整流二极管，和一个储能滤波电容。由于储能滤波电容的容量很大，其两端电压基本不变，变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅，因此，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up，同时也等于变压器次级线圈输出电压uo的半波平均值Upa。

由于反激式变压器开关电源的输出电压与控制开关的占空比有关，因此，在计算反激式开关电源变压器初、次级线圈的匝数比之前，首先要确定控制开关的占空比D。把占空比D确定之后，根据(1-110)式就可以计算出反激式开关电源变压器的初、次级线圈的匝数比。

根据(1-110)式

(1-110)式和(1-124)式中，Uo为反激式变压器开关电源的输出电压，Ui变压器初级线圈输入电压，D为控制开关的占空比，n = N2/N1为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。

在正常输出负载的情况下，考虑到电源开关管的耐压问题，反激式开关电源控制开关的占空比D的最大值一般都小于0.5。因此，反激式变压器开关电源变压器次级线圈大部分时间都是工作在断流状态，如图1-21。当开关电源变压器次级线圈出现断流时，流过负载电流将全部由储能滤波电容来提供，电容两端产生的电压纹波会增大很多，并且输出电压也会降低。因此，在考虑变压器次级线圈与初级线圈的匝数比的时候，也要把这个因数一同进行考虑，最好在变压器次级线圈与初级线圈的匝数比n的基础上再乘一个略大于1的系数K。系数K一般取1.1~1.3，与占空比的取值有关，当占空比很小时，K值可取大一些。

这里顺便提一下，变压器线圈漆包线的电流密度一般取每平方毫米为2~3安培比较合适。当开关电源的工作频率取得很高时，电流密度最好取得小一些，或者用多股线代替单股线，以免电流在导体中产生趋肤效应，增大损耗使导线发热。另外，目前绕制变压器使用的漆包线大部分都不是纯铜线，因此电阻率相对比较大，把这些因素一起考虑，电流密度更不能取高。