電力電子電路常用磁芯元件的設(shè)計(jì) 

一、常用磁性材料的基本知識(shí) 

      磁性元件可以說是電力電子電路中關(guān)鍵的元件之一，它對(duì)電力電子裝置的體積、效率等有重要影響，因此，磁性元件的設(shè)計(jì)也是電力電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。磁性材料有很多種類，特性各異，不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的選擇，以下是幾種常用的磁性材料。 

1．低碳鋼 低碳鋼是一種最常見的磁性材料，這種材料電阻率很低，因此渦流損耗較大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常制成硅鋼片。硅鋼片是一種合金材料（通常由97%的鐵和3%的硅組成），它具有很高的磁導(dǎo)率，并且每一薄片之間相互絕緣，使得材料的渦流損耗顯著減小。磁芯損耗取決于材料的厚度與硅含量，硅含量越高、電阻率越大。這種材料大多應(yīng)用于低頻場(chǎng)合，工頻磁性元件常用這種材料。 

2．鐵氧體 隨著工作頻率的提高，對(duì)磁芯損耗的要求更高，硅鋼片由于制造工藝的限制，已經(jīng)很難滿足這種要求，鐵氧體就是在這種形勢(shì)下出現(xiàn)的。 鐵氧體是一種暗灰色或者黑色的陶瓷材料。鐵氧體的化合物是MeFe2O4，這里Me代表一種或幾種二價(jià)的金屬元素，例如，錳、鋅、鎳、鈷、銅、鐵或鎂。這些化合物在特定的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的磁性能，但是如果超出某個(gè)溫度值，磁性將失去，這個(gè)溫度稱為居里溫度（Tc）。鐵氧體材料非常容易磁化，并且具有相當(dāng)高的電阻率。這些材料不需要像硅鋼片那樣分層隔離就能用在高頻的應(yīng)用場(chǎng)合。 高頻鐵氧體磁性材料主要可分為兩大類：錳鋅（MnZn）鐵氧體材料和鎳鋅（NiZn）鐵氧體材料。比較而言，NiZn材料的電阻率較高，一般認(rèn)為在高頻應(yīng)用場(chǎng)合下具有較低的渦流損耗。但是最近的研究表明，如果顆粒的尺寸足夠小而且均勻，在幾兆赫茲范圍內(nèi)MnZn材料顯示出較NiZn材料更為優(yōu)越的特性，例如，TDK公司的H7F材料以及MAGNETICS公司的K材料就是采用這種技術(shù)，適用于兆赫茲工作頻率下工作的新型鐵氧體材料。

 3．粉芯材料 粉芯材料是將一些合金原料研磨成精細(xì)的粉末狀顆粒，然后在這些顆粒的表面覆蓋上一層絕緣物質(zhì)（它用來控制氣隙的尺寸，并且降低渦流損耗），最后這些粉末在高壓下形成各種磁芯形狀。 由于原料成分的不同，粉芯材料又可分為鐵粉芯、鉬坡莫合金粉芯（MPP）和高磁通粉芯（鐵鎳磁粉芯）等材料。 鐵粉芯是所有粉芯材料中最為便宜的材料，磁導(dǎo)率一般在4～80左右。由于顆粒之間相互都絕緣，與硅鋼片相比雖然渦流損耗被大大地降低，但高頻情況下由損耗導(dǎo)致的溫升仍很高。所以鐵粉芯一般用于較低開關(guān)頻率的場(chǎng)合。鐵粉芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在1特斯拉（T）左右。 MPP磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率一般在14～350，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為 左右。在現(xiàn)有的粉芯材料中，MPP具有損耗低、溫度穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)。此外，它也是磁導(dǎo)率選擇范圍最廣的粉芯材料。但是由于鎳的含量高，所以它也是最昂貴的粉芯材料。由于MPP磁芯在所有粉芯材料中磁損最低，所以它特別適合應(yīng)用于反激電路，Buck/Boost以及功率因數(shù)校正電路，此外均勻分布的氣隙使銅損大大降低。 高磁通粉芯是一種氣隙均勻分布的磁環(huán)，由50%鎳和50%鐵合金粉末制成，它的相對(duì)磁導(dǎo)率一般在14～200。高磁通粉芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá)，而一般MPP為，鐵氧體為。與鐵粉芯相比，高磁通粉芯的磁損大大地降低，又由于高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，該磁芯使得絕大多數(shù)場(chǎng)合下鐵粉環(huán)尺寸降低成為可能。

 4．非晶及納米晶軟磁合金 非晶態(tài)金屬與合金是20世紀(jì)70年代問世的一類新型材料，采用了超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型。由于超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金。這種非晶合金具有優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單，從80年代開始成為國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國(guó)已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體而涌向市場(chǎng)。常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。 

二、磁芯材料的基本參數(shù) 

（1）初始磁導(dǎo)率μi 初始磁導(dǎo)率是磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值，即 式中H/m為真空磁導(dǎo)率，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度（單位：A/ m），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位：T）。初始磁導(dǎo)率與溫度和頻率有關(guān)。

 （2）有效磁導(dǎo)率μe 在閉合磁路中，磁芯的有效磁導(dǎo)率為 式中L為線圈的自感量（mH）；N為線圈匝數(shù)；為磁芯常數(shù)，是磁路長(zhǎng)度l與磁芯截面積Ae的比值（單位：mm-1）。 

（3）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs 在指定溫度（25℃（或100℃）下，用足夠大的磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化磁性物質(zhì)，磁化曲線接近水平線（見附圖1－1）時(shí)，不再隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增大而明顯增大對(duì)應(yīng)的B值，稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。 

（4）剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br 鐵磁物質(zhì)磁化到飽和后，又將磁場(chǎng)強(qiáng)度下降到零時(shí)，鐵磁物質(zhì)中殘留的磁感應(yīng)強(qiáng)度即為Br，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。 

（5）矯頑磁力 Hc 磁芯從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，需要一定的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-Hc，使磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc稱為矯頑磁力（或保磁力）。 

（6）溫度系數(shù)αμ 溫度系數(shù)為溫度在T1～T2內(nèi)變化時(shí)，每變化1℃對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)率相對(duì)變化量,即 ， T2 >T1 式中為溫度為T1時(shí)的磁導(dǎo)率, 為溫度為T2時(shí)的磁導(dǎo)率。 

（7）居里溫度Tc 居里溫度是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度。低于居里溫度時(shí)該物質(zhì)成為鐵磁體，此時(shí)和材料有關(guān)的磁場(chǎng)很難改變。當(dāng)溫度高于居里溫度時(shí)，該物質(zhì)成為順磁體，磁體的磁場(chǎng)很容易隨周圍磁場(chǎng)的改變而改變。 

（8）磁芯損耗（鐵耗）Pc 磁芯損耗是指磁芯在工作磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)的單位體積損耗。磁芯損耗包括：磁滯損耗、渦流損耗、殘留損耗。磁滯損耗是每次磁化所消耗的能量，正比于磁滯回線的面積，如附圖1－2所示；渦流損耗是交變磁場(chǎng)在磁芯中產(chǎn)生環(huán)流引起的歐姆損耗；殘留損耗是由磁化弛豫效應(yīng)或磁性滯后效應(yīng)引起的損耗。前兩項(xiàng)是磁芯損耗的主要部分。 

（9）電感系數(shù)AL 電感系數(shù)是磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的自感量，即 式中L為磁芯線圈的自感量（單位：H），N為線圈匝數(shù)。 

三、鐵氧體磁芯的基本知識(shí) 

1．材料的磁化 燒結(jié)后的鐵氧體是由小的晶體組成，這種晶體的大小一般在10~20μm的范圍內(nèi)，磁疇就是存在于這些晶體之中。 在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，這些磁疇排列的方向是雜亂無(wú)章的，如附圖1－3（a）所示，小磁疇間的磁場(chǎng)是相互抵銷的，對(duì)外不呈現(xiàn)磁性。當(dāng)一個(gè)外加磁場(chǎng)（H）作用于該材料時(shí)，磁疇順著磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，加強(qiáng)了鐵氧體內(nèi)的磁場(chǎng)。隨著外磁場(chǎng)的加強(qiáng)，轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向的磁疇就越來越多，與外磁場(chǎng)同向的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越強(qiáng)，如附圖1－3（b）所示。這就是說材料被磁化了。 在這個(gè)磁化過程中，磁疇重新排列必須克服能量勢(shì)壘，因此，磁化總是滯后于磁場(chǎng)。所謂的“磁滯回線”（見附圖1－1），就是這種現(xiàn)象的結(jié)果。如果對(duì)磁化的抵抗并不是很強(qiáng)時(shí)，一個(gè)特定的磁場(chǎng)強(qiáng)度將會(huì)產(chǎn)生很大的感應(yīng)磁場(chǎng)，鐵氧體的磁導(dǎo)率很高。磁滯回線的形狀對(duì)鐵氧體的其他性能有著很強(qiáng)的影響，如磁損。

 2．磁芯的形狀 鐵氧體磁芯有許多不同的形狀，如附圖1－4所示。這些形狀各異的磁芯各有其特點(diǎn)，適用于制作各種磁性元件。

 （1）磁環(huán)磁芯。從磁的角度而言，磁環(huán)也許是最佳選擇，因?yàn)榇怒h(huán)的磁路是一個(gè)封閉的形狀，因此鐵氧體的性能可以最為充分地發(fā)揮出來。尤其是對(duì)于高磁導(dǎo)率的鐵氧體材料，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)氣隙都會(huì)使得磁導(dǎo)率顯著下降。磁環(huán)主要應(yīng)用于脈沖變壓器、磁放大器、干擾抑制線圈（共模電感）等場(chǎng)合。磁環(huán)在特定功率處理能力下是最便宜的磁性元件之一，但是磁環(huán)的繞制卻是最困難的。 

（2）罐型磁芯。罐型磁芯最初是為通信濾波電感而設(shè)計(jì)的，磁芯幾乎包圍了所有的線包和骨架，這種結(jié)構(gòu)很好地屏蔽了外部的電磁噪聲（EMI）。罐型磁芯的成本要高于其他形狀的磁芯，此外其散熱性能較差，所以至今還沒有適用于大功率場(chǎng)合的產(chǎn)品。 

（3）E型磁芯。E型磁芯較罐型磁芯便宜，易于繞制，安裝方便。E型磁芯的骨架有立式和臥式兩種，立式骨架占用PCB板面積較小但高度很大，臥式骨架正好相反。E型成為最為常用的磁芯形狀?？梢哉fEE型磁芯和EI型磁芯具有相同的外形，相同的尺寸，相同的骨架，僅僅在漏磁場(chǎng)分布存在差異，適用于制作開關(guān)電源變壓器。 

（4）EC磁芯。EC磁芯介于E型與罐型之間，窗口面積較大（較罐型磁芯而言），有風(fēng)道，利于散熱。相同面積下圓形中心柱的周長(zhǎng)比方形中心柱省11%，減少了銅損，并且繞制的時(shí)候圓形要比方形方便。

 （5）PQ磁芯。PQ磁芯主要是為開關(guān)電源設(shè)計(jì)的，能在最小的磁心尺寸下獲得最大的電感量和線包面積，因此這種磁芯能在最小的高度與體積情況下輸出最大的功率。 

（6）其他外形磁芯。 

3．磁芯加氣隙 

     由于鐵氧體磁芯的磁導(dǎo)率一般都很高，稍加激勵(lì)就容易產(chǎn)生磁飽和，所以在開關(guān)電源中通常通過加氣隙的辦法來降低有效磁導(dǎo)率，使得電感能夠儲(chǔ)存更多的能量。電感儲(chǔ)能有如下關(guān)系式： 式中L為電感量，I為電感電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，Ve為磁芯有效體積，μ0為真空磁導(dǎo)率，μr為有效相對(duì)磁導(dǎo)率。 氣隙的引入勢(shì)必增強(qiáng)電感的漏磁場(chǎng)分布。磁性元件的漏磁場(chǎng)一般可分為外部漏磁場(chǎng)和內(nèi)部漏磁場(chǎng)，它們主要是由漏磁通路的長(zhǎng)度和磁動(dòng)勢(shì)決定的。由于內(nèi)部漏磁場(chǎng)穿過線圈會(huì)引起額外的渦流損耗，而外部漏磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生EMI，對(duì)附近的元件產(chǎn)生影響，所以氣隙的引入在某種程度上惡化了電感的工作狀態(tài)。 

一般的說，共有五種增加氣隙的方法：

第一種方法是在磁芯中間墊上一層非磁物質(zhì)，這樣就相當(dāng)于把氣隙分為相等的兩部分，

第二種方法是通過研磨中心術(shù)強(qiáng)行在磁路中插入氣隙；

第三種方法主要是針對(duì)鐵氧體磁環(huán)而言，由于磁環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)（既不能研磨又不能分離）只有通過切割的辦法來插入氣隙；

第四種方法就是常用的磁棒；

第五種方法是在磁芯加工的時(shí)候完成的，也就是常說的金屬磁粉芯，包括鐵粉芯、鐵硅鋁、鐵鎳鉬、高磁能磁粉芯等。

事實(shí)上，上述五種增加氣隙的方法中，前三種可由設(shè)計(jì)者決定，后兩種則決定于生產(chǎn)商，設(shè)計(jì)者只是通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)來選擇適合自已的產(chǎn)品。 墊氣隙的方法將氣隙分為兩個(gè)相同但是更小的氣隙，并且每個(gè)氣隙所承受的磁動(dòng)勢(shì)近似為二分之一的總安匝數(shù)。而研磨的方法把氣隙集中在一處，所以這種方法漏磁場(chǎng)的幅值近似為墊氣隙的兩倍。此外，由于大氣隙的緣故，它的邊緣磁場(chǎng)穿過線圈的面積也越大，因此這種情況下的銅損要比墊氣隙情況下的銅損要大。 當(dāng)用銅皮繞制電感的時(shí)候，這種影響就更加嚴(yán)重了，因?yàn)檫吘壌艌?chǎng)具有很大的垂直分量，該分量垂直于線圈軸，也就是說垂直于銅皮的表面。

 四、磁性元件損耗

   磁性元件損耗主要由兩部分組成：磁損（又叫鐵損，指磁性材料的損耗）和銅損（指線圈中因流過電流而產(chǎn)生的損耗）。 

（1）磁損 磁損由渦流損耗、磁滯損耗以及殘留損耗組成，三部分損耗的計(jì)算公式為Steinmetz方程。 式中Cm為損耗系數(shù)，為工作頻率，B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值，Ve為磁芯面積，α、β分別為大于1的頻率和磁感應(yīng)損耗系數(shù)。 

（2）銅損 銅損是電流通過線圈所產(chǎn)生的損耗。在低頻場(chǎng)合，銅損計(jì)算是直接將電流有效值的平方乘以線圈的直流電阻得到的。隨著頻率的提高，趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)等因素的影響變得越來越嚴(yán)重。

 五、高頻變壓器的設(shè)計(jì)

       高頻變壓器的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先設(shè)定具體的電路拓?fù)洹⒐ぷ黝l率、輸入和輸出電壓、輸出功率、變壓器的效率以及環(huán)境條件。通常以滿足最壞情況設(shè)計(jì)變壓器，以保證設(shè)計(jì)的變壓器在規(guī)定的條件下都能滿意工作。不同的電路拓?fù)鋵?dǎo)致高頻變壓器磁化工作狀態(tài)不同，如推挽、半橋、全橋等功率變換器的高頻變壓器磁芯雙向磁化，工作在磁滯回線的第一和第三象限，為雙極性工作模式；而正激、反激變換器的高頻變壓器磁芯單向磁化，僅工作在磁滯回線的第一象限，為單極性工作模式。

 1、雙極性開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì) 

（1）初始條件 工作頻率f（Hz） 開關(guān)變壓器初級(jí)輸入最高、最低電壓幅值U1max（V）、U1min（V） 變壓器初級(jí)激勵(lì)脈沖最大持續(xù)時(shí)間tonmax（s）（與最大占空比相關(guān)） 直流電源輸出電壓Uo（V）、電流Io（A） 輸出整流電路的形式及整流二極管壓降UD（V）

 （2）設(shè)計(jì)步驟 

步驟1：確定原副邊繞組匝比 計(jì)算匝比首先需要計(jì)算變壓器次級(jí)輸出電壓U2，對(duì)于直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，次級(jí)輸出一般接二極管全波整流電路及電感濾波電路，因此，次級(jí)輸出電壓在滿足正常輸出電壓的同時(shí)，還需要補(bǔ)償整流二極管和濾波電感的壓降，有 式中Uo為變換器輸出電壓，UD為輸出整流二極管的通態(tài)壓降（對(duì)于全波整流一般為單個(gè)二極管壓降，而橋式整流電路為兩個(gè)二極管壓降），UL為輸出濾波電感上的直流壓降。 變壓器的匝比應(yīng)保證最低輸入電壓U1min時(shí)，電路能夠保證正常輸出電壓。對(duì)應(yīng)于橋式整流或全波整流，次級(jí)允許的最小輸出電壓為 因此變壓器原副邊變比為 

步驟2：確定高頻變壓器磁芯材料 根據(jù)變壓器的工作頻率和傳輸功率，選擇合適的磁芯材料。高頻功率變壓器磁芯材料通常選用鐵氧體R2KB。大功率鐵氧體材料性能如附表1－1所示，其磁芯損耗與磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線、磁芯損耗溫度特性曲線分別如附圖1－6和附圖1－7所示。

 步驟3：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的選擇 確定磁感應(yīng)強(qiáng)度B需要考慮兩個(gè)問題：當(dāng)輸入電壓達(dá)到最高時(shí)磁芯不飽和，變壓器溫升滿足要求。在給定溫升條件下，當(dāng)磁芯損耗與銅線損耗相等時(shí)，開關(guān)電源變壓器輸出功率最大。設(shè)計(jì)時(shí)初選磁感應(yīng)強(qiáng)度可根據(jù)功率P（單位W），工作頻率f（單位kHz），平均溫升（單位oC），按附圖1－8查出系數(shù)KB，然后按下式計(jì)算工作磁感應(yīng)強(qiáng)度： 式中：B為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度（T），KB為磁感應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)，Bm為磁性材料最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）。

 步驟4：確定原邊與副邊的繞組匝數(shù) 選定磁芯材料，確定磁芯最大的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)近似的面積乘積（AP）法，粗略估算、并預(yù)選一個(gè)磁芯型號(hào) （cm4） 式中：AC為磁芯有效截面積（cm2）；AW為磁芯窗口截面積（cm2）；PT為變壓器傳輸功率（W）；ΔB為磁通密度變化量，雙極性變換器為ΔB＝2B（T）；f為開關(guān)工作頻率（HZ）；K為近似系數(shù)（正激、推挽中心抽頭變壓器取K=；全橋、半橋變壓器取K=）。 假定變壓器的效率為η，則 選定磁芯后，初、次級(jí)繞組匝數(shù)n1、n2也隨之可以確定 式中：U1min單位為V，tonmax單位為s，B單位為T，AC單位為cm2

 步驟5：確定繞組的導(dǎo)線線徑和股數(shù) 在選用繞組的導(dǎo)線線徑時(shí)，要考慮導(dǎo)線的集膚效應(yīng)。所謂集膚效應(yīng)，是指當(dāng)導(dǎo)線中流過高頻交變電流時(shí)，導(dǎo)線橫截面上的電流分布不均勻，中間電流密度小、甚至無(wú)電流，邊緣部分電流密度大，使導(dǎo)線的有效導(dǎo)電面積減小，電阻增大的現(xiàn)象。一般用穿透深度來描述導(dǎo)線的集膚效應(yīng)，所謂穿透深度Δ，是指導(dǎo)線電流密度下降到表面電流密度的（即1/e）時(shí)的徑向深度。穿透深度Δ與頻率f和導(dǎo)線物理性能的關(guān)系為 式中k為導(dǎo)線材料的電導(dǎo)率溫度系數(shù)，為導(dǎo)線材料的磁導(dǎo)率，為導(dǎo)線材料的電導(dǎo)率。 對(duì)于銅質(zhì)電磁導(dǎo)線，在25oC時(shí)有： （mm） 而在100oC時(shí)有： （mm） 為了更有效地利用導(dǎo)線，減小集膚效應(yīng)的影響，一般要求導(dǎo)線的直徑小于兩倍的穿透深度，即。如果繞組的線徑大于由穿透深度所決定的最大線徑時(shí)，需采用小線徑的導(dǎo)線多股并繞或采用銅皮來繞制，銅皮的厚度要小于2倍穿透深度。 在考慮集膚效應(yīng)采用多股導(dǎo)線并繞時(shí)，初級(jí)繞組的導(dǎo)線股數(shù)Np為 式中I1rmsmax為初級(jí)最大電流有效值；J為導(dǎo)線的電流密度，對(duì)于開關(guān)變壓器，一般取J=3～5A/mm2，SW為每根導(dǎo)線的導(dǎo)電面積（mm2）。 當(dāng)考慮集膚效應(yīng)采用多股導(dǎo)線并繞時(shí)，次級(jí)繞組的導(dǎo)線股數(shù)NS為 式中I2rmsmax是副邊最大電流有效值。

 步驟6：核算磁芯窗口面積 在計(jì)算出變壓器的初次級(jí)匝數(shù)、導(dǎo)線線徑及股數(shù)后，必須核算磁芯的窗口面積是否能夠繞得下，或者窗口是否過大。 窗口充填系數(shù)kW定義為線圈銅占有的總面積與磁芯窗口面積之比 kW大小與絕緣等級(jí)、環(huán)境條件和工藝結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，考慮到層間絕緣、骨架、屏蔽以及爬電距離等因素，一般實(shí)際窗口利用率在～。 如果窗口面積太小，說明磁芯太小，要選擇大一型號(hào)的磁芯；如果窗口面積過大，說明磁芯太大，可選小一型號(hào)的磁芯。重新選擇磁芯后，應(yīng)從步驟3開始計(jì)算，直到所選磁芯型號(hào)規(guī)格基本合適。 2、單極性開關(guān)電源變壓器——.正激變換器的高頻變壓器設(shè)計(jì) （1）初始條件 工作頻率f（Hz） 開關(guān)變壓器初級(jí)輸入最高、最低電壓幅值U1max（V）、U1min（V） 變壓器初級(jí)激勵(lì)脈沖最大持續(xù)時(shí)間tonmax（s）（與最大占空比相關(guān)） 直流電源輸出電壓Uo（V）、電流Io（A） 輸出整流電路的形式及整流二極管壓降UD（V） （2）設(shè)計(jì)步驟 步驟1：確定原副邊繞組匝比 計(jì)算匝比首先需要計(jì)算變壓器次級(jí)輸出電壓U2，對(duì)于直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，次級(jí)輸出一般接二極管整流電路及電感濾波電路，因此，次級(jí)輸出電壓在滿足正常輸出電壓的同時(shí)，還需要補(bǔ)償整流二極管和濾波電感的壓降，有 式中Uo為變換器輸出電壓，UD為輸出整流二極管的通態(tài)壓降（通常為半波整流），UL為輸出濾波電感上的直流壓降。 變壓器的匝比應(yīng)保證最低輸入電壓U1min時(shí)，電路能夠保證正常輸出電壓。次級(jí)允許的最小輸出電壓為 因此變壓器原副邊變比為 步驟2：確定高頻變壓器磁芯材料 該步驟與雙極性變壓器設(shè)計(jì)方法相同。 步驟3：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的選擇 該步驟與雙極性變壓器設(shè)計(jì)方法相同。 步驟4：確定原邊與副邊的繞組匝數(shù)。 正激變換器通常在磁路中加氣隙來降低剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和提高磁芯工作的直流磁場(chǎng)強(qiáng)度，因此計(jì)算時(shí)一般仍可以按步驟3的方法確定磁感應(yīng)強(qiáng)度增量， 即 通常，由于正激變換器的磁芯單向磁化，工作在第一象限，工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量 ΔB也可參考下式： 式中Bs為磁芯的飽和磁通密度，Br為剩余磁通密度。如對(duì)于材質(zhì)為R2KB的鐵氧體，Bs=、Br=，則ΔB <。 參考雙極性變壓器設(shè)計(jì)步驟4，根據(jù)近似的面積乘積(AP)法，粗略估算、并預(yù)選一個(gè)磁芯型號(hào),則初、次級(jí)繞組匝數(shù)n1、n2也隨之可以確定：