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详解高频变压器效率最高的条件及设计方法!!

作者:点击:1259 发布时间:2022-12-29

关闭电源中高频变压器有铜损坏和铁损坏。铜损坏是指电流通过变压器绕组线圈的电阻所消耗的能量之和。变压器线圈主要由铜线制成,因此称为铜损坏。铜损坏与电流有效值的平方成正比。铁损坏是指变压器芯中消耗的功率,包括磁损失和涡流损失。变压器的工作频率、磁感应强度B的变化范围和变压器的结构有关。

高频变压器

通常,当高频变压器铜损坏等于铁损坏时,变压器的工作效率最高。

其中,PCu为铜损,PFe为铁损。

即:其中,B磁感应强度,N为绕组匝数,f工作频率,AE为磁芯的截面积,k = k1·f·N·AE。

磁通感应强度(磁通密度)B平方与铁损成正比,电流I平方与铜损成正比:

因此,变压器的功率平方变形为:

变压器功率的极值点为:

上述求解,在以下条件下对应极值点:

此外,可以看出,该极值对应于变压器的最大功率值,因此在一定的磁心尺寸、圆数和工作频率下,当铜损坏等于铁损坏时,变压器的工作效率最高。

除最大B值法外,变压器设计的另一种方法是由上述条件衍生出来的在设计电源系统之前,通过最大输入功率确定变压器芯的尺寸,然后设计变压器。

一、最大B值法:

1.匝比由输入输出电压获得,最大占空比n=Np/Ns;

原边绕组的匝数由磁芯允许的最大B计算Np,由n获得副边绕组的匝数Ns;

3边绕组的线径和副边绕组的线径由最大有效电流和允许电流密度选择。

4.圆整,优化调整匝数和线径,验证实际最大B值。

在实际设计过程中,工程师通常不检查铜损坏和铁损坏。

高频变压器

二、功率分配法:

1.匝比由输入输出电压获得,最大占空比n=Np/Ns;

2、分配系统的功率损耗,确定变压器上分配的允许最大功率损耗,然后根据铜损耗和铁损耗的相等特性获得磁芯的铁损耗和原副边绕组的铜损耗;

3.磁芯工作的B值由磁芯的铁损获得,原边绕组匝数按B值计算Np,由n获得副边绕组的匝数Ns;

4.线径由匝数和铜线的电阻率计算。

6.优化调整匝数和线径,检查实际最大B值、铜损和铁损。

最大B值法的特点是计算过程简单。前提是限制B值以防止变压器饱和。因此,变压器的损耗不一定处于最佳工作状态,最终变压器的铜损耗与铁损耗差距较大。

对于一些小功率变压器,为了防止磁芯饱和,通常工作的B值限制在较低的值,因此铁损伤通常小于铜损伤,绕组线圈的温度过高,取决于变压器线圈允许的温升。

变压器是根据铁损坏和铜损坏的条件设计的,变压器的损耗处于优化状态,但计算过程比较复杂。

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