雙管正激開關電源變壓器初級匝數(shù)的計算方法和設計要點

雙管正激開關電源是一種常見的開關電源拓撲結(jié)構，具有高效率、高功率密度、良好的負載調(diào)整率等優(yōu)點。在雙管正激開關電源中，變壓器是核心部件之一，其設計和參數(shù)選擇對整個電源的性能有著重要的影響。

1. 雙管正激開關電源的基本原理

雙管正激開關電源是一種采用兩個開關管的正激型開關電源，其基本工作原理如下：

1.1 工作過程

在開關管導通時，輸入電壓Vin通過開關管和變壓器的初級線圈加到負載上，此時變壓器的次級線圈產(chǎn)生感應電壓，經(jīng)過整流濾波后得到輸出電壓Vout。

在開關管截止時，變壓器的初級線圈通過續(xù)流二極管和開關管的寄生電容進行續(xù)流，以維持磁芯的磁通量不變。

1.2 工作模式

雙管正激開關電源的工作模式主要有兩種：連續(xù)導通模式（CCM）和不連續(xù)導通模式（DCM）。在連續(xù)導通模式下，變壓器的次級線圈在整個開關周期內(nèi)都有電流流過；而在不連續(xù)導通模式下，變壓器的次級線圈在開關周期的某個時間段內(nèi)沒有電流流過。

2. 變壓器的設計要點

2.1 變壓器的類型

雙管正激開關電源中常用的變壓器類型有：環(huán)形變壓器、E型變壓器、RM型變壓器等。不同類型的變壓器具有不同的性能特點，如環(huán)形變壓器具有較高的效率和較小的漏感，但成本較高；E型變壓器成本較低，但效率和漏感性能相對較差。

2.2 磁芯的選擇

磁芯是變壓器的核心部件，其材料和形狀對變壓器的性能有著重要的影響。常用的磁芯材料有：鐵氧體、硅鋼片、鎳鋅鐵氧體等。磁芯的形狀有：E型、U型、環(huán)形等。在選擇磁芯時，需要考慮其磁導率、飽和磁通密度、損耗等參數(shù)。

2.3 線圈的繞制

線圈的繞制方式對變壓器的性能有著重要的影響。常用的繞制方式有：單層繞組、多層繞組、分段繞組等。在選擇繞制方式時，需要考慮其繞制密度、繞組電阻、漏感等參數(shù)。

3. 變壓器初級匝數(shù)的計算方法

3.1 基本公式

雙管正激開關電源變壓器初級匝數(shù)的計算公式如下：

Np = (Vin * D) / (Vp * Ns)

其中，Np為初級匝數(shù)，Vin為輸入電壓，D為占空比，Vp為變壓器的初級感應電壓，Ns為次級匝數(shù)。

3.2 占空比的確定

占空比D是開關管導通時間與整個開關周期的比值，其取值范圍為01。在連續(xù)導通模式下，占空比D通常取值在0.50.8之間；在不連續(xù)導通模式下，占空比D通常取值在0.3~0.5之間。

3.3 初級感應電壓的確定

初級感應電壓Vp是變壓器初級線圈在開關管導通時產(chǎn)生的感應電壓，其大小與變壓器的匝數(shù)比、磁芯的磁導率、開關頻率等因素有關。在設計時，需要根據(jù)具體的應用需求和電源參數(shù)來確定Vp的大小。

3.4 次級匝數(shù)的確定

次級匝數(shù)Ns是根據(jù)輸出電壓Vout和變壓器的匝數(shù)比來確定的。匝數(shù)比是變壓器初級匝數(shù)與次級匝數(shù)的比值，其大小決定了輸出電壓的大小。在設計時，需要根據(jù)輸出電壓的要求和變壓器的匝數(shù)比來確定Ns的大小。

4. 設計實例

假設我們需要設計一個輸入電壓為220V，輸出電壓為12V，輸出功率為100W的雙管正激開關電源。根據(jù)上述計算公式和設計要點，我們可以進行如下設計：

4.1 確定占空比

假設我們選擇連續(xù)導通模式，占空比D取0.6。

4.2 確定初級感應電壓

假設我們選擇鐵氧體磁芯，磁導率為3000，開關頻率為50kHz，根據(jù)磁芯的飽和磁通密度和損耗特性，我們可以確定Vp取100V。