开关电源磁芯尺寸和类型的选择凭经验汇总.docx

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开关电源磁芯尺寸和类型的选择凭经验汇总

单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择

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大|中|小2008-08-2812:

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2

徐丽红王佰营

A、InternationalRectifier公司--56KHz

输出功率推荐磁芯型号

0---10W

EFD15SEF16EF16EPC17EE19EF（D20EPC25EF（D25

10-20W

EE19EPC19EF（D20EE,EI22EF（D25EPC25

20-30W

EI25EF（D25EPC25EPC30EF（D30ETD29EER28（L

30-50W

EI28EER28（LETD29EF（D30EER35

50-70WEER28L

ETD34EER35ETD39

70-100W

ETD34EER35ETD39EER40E21

摘自InternationalRectifier,AN1018-“应用IRIS40xx系列单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计”

B、ELYTONE公司---100KH

型号输出功率（W）

<55-1010-2020-5050-100100-200200-500500-1K

EIEI12.5EI16EI19EI25EI40EI50EI60--

EEEE13EE16EE19EE25EE40EE42EE55EE65

<55-1010-2020-5050-100100-200200-500500-1K

EFEF12.6EF16EF20EF25EF30EF32----

EFD--EFD12EFD15EFD20EFD25EFD30----

EPC--EPC13EPC17EPC19EPC25EPC30----

EEREER9.5EER11EER14.5EER28EER35EER42EER49--

ETD----ETD29ETD34ETD44ETD49ETD54--

EPEP10EP13EP17EP20--------

RMRM4RM5RM6RM10RM12RM14----

POTPOT1107POT1408POT1811POT2213POT3019POT3622POT4229--

PQ------PQ2016PQ2625PQ3230PQ3535PQ4040

EC----------EC35EC41EC70

摘自PowerTransformersOFF-LINESwitchMode

APPLICATIONNOTES

"ConvertercircuitasafunctionofS.M.P.S.outputvoltage（Voandoutputpower（Po"

C、FairchildSemiconductor公司--67KHz

OutputPowerEIcoreEEcoreEPCcoreEERcore

0-10WEI12.5EE8EPC10

EI16EE10EPC13

EI19EE13EPC17

EE16

10-20WEI22EE19EPC19

20-30WEI25EE22EPC25EER25.5

30-50WEI28EE25EPC30EER28

EI30

50-70WEI35EE30EER28L

70-100WEI40EE35EER35

100-150WEI50EE40EER40

EER42

150-200WEI60EE50EER49

EE60

ThecorequickselectiontableForuniversalinputrange,fs=67kHzand12Vsingleoutput

摘自：

ApplicationNoteAN4140

TransformerDesignConsiderationforoff-lineFlybackTMConvertersusingFairchildPowerSwitch（FPS

D、单端反激式变压器磁芯的选择公式

Ve=5555*P/f

式中：

Ve——为磁芯的体积：

Ve=Ae*Le；单位为：

毫米立方；

P——为输入功率；单位为：

瓦；

f——为开关频率；单位为：

千赫兹；

本公式假设：

Bm=0.3T,Lg/Le=0.5%=气隙长度/磁芯等效长度；

如果Lg/Le=气隙长度/磁芯等效长度=1%时，又如何计算呢？

（请考虑）

输出功率、磁芯截面积和开关频率决定气隙，因为在反激式开关电源中气隙的体积大小决定储能的多少，频率决定能量传输的快慢；

如：

EI25Ve=2050mm³，Ae=42平方毫米，Le=49.4mm；f=40KHz；η=0.75；

Lg=0.005*49.4=0.247mm---气隙长度

Pin=Ve*F/5555=2050*40/5555=14.76W；

Pout=η*Pin=0.75*14.76=11.07W;

若：

f=100KHz则：

Pout=11.07W*（100/40=27.675W;

反激式开关电源设计的思考一

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大|中|小2007-03-0111:

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    反激式开关电源设计的思考一

           王佰营  徐丽红

     对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。

另一部分是励磁电流分量，主要产生主磁通，在空载运行和负载运行时，该励磁分量均不变化。

    励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样，若抽水泵中无水，它就无法产生真空效应，大气压就无法将水压上来，水泵就无法正常工作；只有给水泵中加适量的水，让水泵排空，才可正常抽水。

在整个抽水过程中，水泵中保持的水量又是不变的。

这就是，励磁电流在变压器中必须存在，并且在整个工作过程中保持恒定。

   正激式变压器和上述基本一样，初级绕组的电流也由励磁电流和负载电流两部分组成；在初级绕组有电流的同时，次级绕组也有电流，初级负载电流分量去平衡次级电流，激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。

而初次级负载安匝数相互抵消，它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动，而励磁电流占初级总电流很小一部分，一般不大于总电流10％，因此不会造成磁芯饱和。

   反激式变换器和以上所述大不相同，反激式变换器工作过程分两步：

     第一：

开关管导通，母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来；

     第二：

开关管关断，存储的磁能通过次级绕组给电容充电，同时给负载供电。

   可见，反激式变换器开关管导通时，次级绕组均没构成回路，整个变压器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样，此时仅有初级电流，转换器没有次级安匝数去抵消它。

初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动，实现电能向磁能的转换；这种情况极易使磁芯饱和。

   磁芯饱和时，很短的时间内极易使开关管损坏。

因为当磁芯饱和时，磁感应强度基本不变，dB/dt近似为零，根据电磁感应定律，将不会产生自感电动势去抵消母线电压，初级绕组线圈的电阻很小，这样母线电压将几乎全部加在开关管上，开关管会瞬时损坏。

   由上边分析可知，反激式开关电源的设计，在保证输出功率的前提下，首要解决的是磁芯饱和问题。

如何解决磁芯饱和问题？

磁场能量存于何处？

将在下一篇文章：

反激式开关电源变压器设计的思考二中讨论。

反激式开关电源设计的思考二---气隙的作用

                                        王佰营 徐丽红

 “反激式开关电源设计的思考一”文中，分析了反激式变换器的特殊性防止磁

芯和的重要性，那么如何防止磁芯的饱和呢？

大家知道增加气隙可在相同ΔB的

情况下，ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢?

由全电流定律可知:

 由上例可知，同一个磁芯在电流不变的条件下，仅增加1mm气隙，加气隙的磁

感强度仅为不加气隙的磁感应强度的4.8%，看来效果相当明显。

  加了气隙后，是否会影响输出功率呢？

换句话说，加了气隙变压器还能否储

原来那些能量呀？

看一下下面的例子就知道了：

 在“思考一”一文中已讨论过，当开关管导通时，次级绕组均不构成回路，此

时，变压器象是仅有一个初级绕组带磁芯的电感器一样，母线将次级需要的全部

能量都存在这个电感器里。

如下图1就是一个有气隙的电感器：

 图1表示一个磁芯长为lm，气隙长为lg，截面积为Ae的磁芯，在其上绕N匝线圈，

当输入电压为Ui时，输入功率为Wi：

 6式右边的积分为图2中阴影部分面积A，即就是说：

   磁场能量的大小等于磁化曲线b和纵轴所围成的面积大小。

图1中，假定磁路

各部分的面积相等，磁芯各部分的磁场强度为Hm，气隙部分的磁场强度为Hg，由

全电流定律得：

 11式右边第一项是磁芯中的磁场能量，第二项是气隙部分的磁场能量，分别用

Wi和Wg表示；那么：

        图3中，曲线m表示图1电感器无气隙时的磁化曲线，曲线g表示有气隙时的磁

化曲线。

图中，面积Am表示储存在磁芯部分的磁场能量；面积Ag表示储存在气隙

部分的磁场能量。

上面讲了气隙的作用以及磁场能量在变压器中的分布，那么，

根据输出功率如何选用磁芯呢？

将在反激式开关电源设计思考三中讨论。

反激式开关电源设计的思考三---磁芯的选取

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反激式开关电源设计的思考三（磁芯的选取

            王佰营 徐丽红

在DCM状态下选择：

Uin－电源输入直流电压

Uinmin－电源输入直流电压最小值

D－占空比

Np－初级绕组匝数

Lp－初级绕组电感量

Ae－磁芯有效面积

Ip－初级峰值电流

f－开关频率

Ton－开关管导通时间

I－初级绕组电流有效值

η－开关电源效率

J－电流密度

通过（3）式可方便计算出反激式开关电源在电流断续模式

时磁芯的AeAw值，通过查厂商提供的磁芯参数表就可选择

合适的磁芯，在选择磁芯时要留一定的余量。

  例如：

有一反激式开关电源输出功率为10W，开关频率为

40KHz,ΔB为0.16T，电流密度取4.5A/mm2磁芯选用EE系列，

那么由公式（3）可知：

 考虑到实际绕线的绝缘层等的影响，须考虑填充系数（取0.8,

    即：

       Ap=AeAw/0.8=1.736×10