脈沖變壓器也可稱作開關(guān)變壓器，或簡單地稱作高頻變壓器。在傳統(tǒng)的高頻變壓器設計中，由于磁芯材料的限制，其工作頻率較低，一般在20kHz左右。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，電源系統(tǒng)的小型化、高頻化和大功率化已成為一個永恒的研究方向和發(fā)展趨勢。因此，研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統(tǒng)體積、提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。

　　隨著應用技術(shù)領(lǐng)域的不斷擴展，開關(guān)電源的應用愈來愈廣泛，但制作開關(guān)電源的主要技術(shù)和耗費主要精力就是制作開關(guān)變壓器的部件。

　　開關(guān)變壓器與普通變壓器的區(qū)別大致有以下幾點：

　　(1)電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級繞組中電流都是非正弦波。

　　(2)變壓器的工作頻率比較高，通常都在幾十赫茲，甚至高達幾十萬赫茲。在確定鐵芯材料及損耗時必須考慮能滿足高頻工作的需要及鐵芯中有高次諧波的影響。

　　(3)繞組線路比較復雜，多半都有中心抽頭。這不僅增大了初級繞組的尺寸，增大了變壓器的體積和重量，而且使繞組在鐵芯窗口中的分布關(guān)系發(fā)生變化。

　　(1)

　　ST是鐵芯的截面積;kT是窗口的填充系數(shù);

　　3)初級繞組電勢

　　E1=U1(1-2/u） (2)

　　4)初級繞組匝數(shù)

　　W1=W0El(3)

　　5)次級繞組電勢

　　E2i=U2i(1+u/2） (4)

　　6)次級繞組匝數(shù)

　　W2i=W0E2i(5)

　　7)初級繞組電流

　　(8)

　　10)次級繞組線徑

　　(9)

　　其中，j是電流密度。

　　詳細的變壓器設計方法與計算相當復雜，本文參照經(jīng)驗公式，依據(jù)下面的步驟設計了本例轉(zhuǎn)換器中的高頻變壓器。

　　3.1確定變壓器的變比

　　根據(jù)輸出電壓U0的關(guān)系式

　　得變比為

　　式中UD為整流器輸出的直流電壓。

　　本例中UD=24V，f為100kHz，tON取0.5;n=2。

　　3.2計算初級線圈中的電流

　　已知輸出直流電壓U0=±12V、5V，負載電流均為I0=lA，則輸出功率

　　P0=P1+P2+P3=29W

　　開關(guān)電源的效率η一般在60～90%之間，本例取η=0.65，則輸入功率為

　　初級的平均電流為

　　假定初級線圈的初始電流為零，那么，在開關(guān)管的導通期tON里，初級線圈中的電流心便從零開始線性增長到峰值I1P

　　3.3計算初級繞組圈數(shù)N1

　　初級繞組的最小電感L1為

　　根據(jù)輸出功率P的大小，選用適當?shù)拇判荆湫螤钣铆h(huán)形、EI形或罐形均可，本例采用EI28，該類型的鐵芯在f=50kHz時，功率可達到60W，在f=100kHz時，輸出功率可達到90W。

　　式中Ilp—初級線圈峰值電流，A;

　　L1—初級電感，H;

　　S—磁芯截面積，mm2;

　　Bm—磁芯最大磁通密度，T。

　　3.4計算次級繞組圈數(shù)N2

　　即±12V分別繞5匝，5V繞3匝。

　　3.5反饋繞組N3的估算

　　反饋繞組匝數(shù)的確定，要求既能保證開關(guān)元件的飽和導通又不至于造成過大損耗。根據(jù)UC3842的要求，反饋繞組的輸出電壓應在13V左右。因此，

　　3.6導線線徑的選取

　　根據(jù)輸入輸出的估算，初線線圈的平均電流值應該允許達到2A。

　　1)初級繞組

　　初級繞組的線徑可選d=0.80mm，其截面積為0.5027mm2的圓銅線。

　　2)次級繞組

　　次級繞組的線徑可根據(jù)各組輸出電流的大小，利用原級相同線徑采用多股并繞的辦法解決。為了方便線圈繞制，也可選用線徑較粗的導線。由于工作頻率較高，應考慮集膚效應的影響。

　　3.7線圈繞制與絕緣

　　繞制開關(guān)變壓器最重要的問題是想辦法使初、次級線圈緊密地耦合在一起，這樣可以減小變壓器漏感，因為漏感過大，將會造成較大的尖峰脈沖，從而擊穿開關(guān)管。因此，在繞制高頻變壓器線圈時，應盡量使初、次級線圈之間的距離近些。

　　具體可采用以下方法：

　　(1)雙線并繞法

　　將初、次級線圈的漆包線合起來并繞，即所謂雙線并繞。這樣初、次級線間距離最小，可使漏感減小到最小值。但這種繞法不好繞制，同時兩線間的耐壓值較低。

　　(2)逐層間繞法

　　為克服并繞法耐壓低、繞制困難的缺點，用初、次級分層間繞法，即1、3、5行奇數(shù)層繞初級繞組，2、4、6等偶數(shù)層繞次級繞組。這種繞法仍可保持初、次級間的耦合，又可在初、次級間墊絕緣紙，以提高絕緣程度。

　　(3)夾層式繞法

　　把次級繞組繞在初級繞組的中間，初級分兩次繞。這種繞法只在初級繞組中多一個接頭，工藝簡單，便于批量生產(chǎn)。

　　本例中，為減小分布參數(shù)的影響，初級采用雙線并繞連接的結(jié)構(gòu)，次級采用分段繞制，串聯(lián)相接的方式，即所謂堆疊繞法。降低繞組間的電壓差，提高變壓器的可*性。在變壓器的絕緣方面，線圈絕緣應盡量選用抗電強度高、介質(zhì)損耗低的復合纖維絕緣紙，提高初、次級之間的絕緣強度和抗電暈能力，本例中，因為不涉及高壓，絕緣問題不必特殊考慮。

　　4結(jié)束語

　　繞制脈沖變壓器是制作開關(guān)電源的重要工作，也是設計與制作過程中消耗大量時間和主要精力的工作。變壓器做得好，整個設計與制作工作就完成了70%以上。做得不好，可能就會出現(xiàn)停振、嘯叫或輸出電壓不穩(wěn)、負載能力不高等現(xiàn)象。在變壓器的溫升

　　(1)即使輸入電壓最大，主開關(guān)器件導通時間最長，也不至于使變壓器的磁芯飽和;

　　(2)初級線圈與次級線圈的耦合要好，漏電感要小;

　　(3)高頻開關(guān)變壓器會因集膚效應導致電線的電阻值增大，因而要減小電流密度。通常，工作時的最大磁通密度取決于次級線圈。

　　(4)一般來說，采用鐵氧體磁芯E128時，要把Bm控制在3kGs以下。