1-6-3．正激式變壓器開關電源電路參數的計算

正激式變壓器開關電源電路參數計算主要對儲能濾波電感、儲能濾波電容，以及開關變壓器的參數進行計算。

1-6-3.1．正激式變壓器開關電源儲能濾波電感和儲能濾波電容參數的計算

在圖1-17的正激式變壓器開關電源電路中
，其輸出電壓濾波電路的工作原理與圖1-2中的串聯式開關電源濾波電路的工作原理完全相同，因此，正激式變壓器開關電源儲能濾波電感和儲能濾波電容參數的計算，可參考圖1-2中的串聯式開關電源中儲能濾波電感和儲能濾波電容參數的計算方法
，這裏我們不準備再詳細分析

，可以直接引用（1-14）式和（1-18）式，即：

式中Io為流過負載的電流（平均電流）
，Ton為控製開關K的接通時間
；當D=0.5時
，Io正好等於流過儲能電感L最大電流iLm的二分之一， Ton正好等於開關電源工作周期T的二分之一
；ΔUP-P為輸出電壓的波紋電壓，波紋電壓ΔUP-P一般都取峰-峰值，所以波紋電壓ΔUP-P正好等於電容器充電或放電時的電壓增量ΔUc
，即：ΔUP-P = ΔUc 。

同理，（1-91）式和（1-92）式的計算結果
，隻給出了計算正激式變壓器開關電源儲能濾波電感L和濾波電容C的中間值，或平均值，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1的係數。

關於電壓平均值輸出濾波電路的詳細工作原理與參數計算


，請參看“1-2．串聯式開關電源”部分中的“串聯式開關電源電壓濾波輸出電路”內容
，這裏不再贅述。

1-6-3-2．正激式開關變壓器參數的計算

正zheng激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi與yu反fan激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi
，原yuan則ze上shang都dou屬shu於yu單dan激ji式shi變bian壓ya器qi，因yin此ci，在zai變bian壓ya器qi參can數shu計ji算suan方fang麵mian它ta們men之zhi間jian沒mei有you太tai大da的de區qu別bie。但dan正zheng激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi一yi般ban都dou設she有you一yi個ge退tui磁ci線xian圈quan（圖1-17中的N3）
，因此
，在剩磁的取值方麵它們之間還是有一點點區別。正激式開關變壓器參數的計算主要從這幾個方麵來考慮：

一yi個ge是shi開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de匝za數shu與yu伏fu秒miao容rong量liang有you關guan
，伏fu秒miao容rong量liang越yue大da開kai關guan變bian壓ya器qi的de勵li磁ci電dian流liu就jiu越yue小xiao。伏fu秒miao容rong量liang表biao示shi，一yi個ge開kai關guan變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou多duo高gao的de輸shu入ru電dian壓ya和he多duo長chang時shi間jian的de衝chong擊ji。在zai開kai關guan變bian壓ya器qi伏fu秒miao容rong量liang一yi定ding的de條tiao件jian下xia，輸shu入ru電dian壓ya越yue高gao
，開kai關guan變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou衝chong擊ji的de時shi間jian就jiu越yue短duan，反fan之zhi，輸shu入ru電dian壓ya越yue低di，開kai關guan變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou衝chong擊ji的de時shi間jian就jiu越yue長chang；而在一定工作電壓的條件下，開關變壓器的伏秒容量越大，開關變壓器鐵芯中的磁通密度就越低，開關變壓器的鐵芯就不容易飽和。

另一個是開關變壓器初、cijixianquandezashubi，yijikaiguanbianyaqigegeraozudeedingshuruhuoshuchugonglv。tongshi，haiyinggaikaolvkaiguanbianyaqideanquanbiaozhunwenti，yinwei，kaiguanbianyaqishuyuanquanqijian。

關於開關變壓器的工作原理以及參數設計，在後麵章節中還要更詳細分析，這裏先做比較簡單的介紹。
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1-6-3-2-1．正激式開關變壓器初級線圈匝數的計算

由於變壓器鐵芯中的磁通量全部都是由勵磁電流產生的（（1-61）式），與次級線圈中有無電流無關，因此，我們可以假設開關變壓器所有次級線圈都是開路的。當輸入電壓Ui加jia於yu開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de兩liang端duan時shi，流liu過guo變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de電dian流liu隻zhi有you勵li磁ci電dian流liu
，勵li磁ci電dian流liu會hui隨sui時shi間jian增zeng加jia而er增zeng加jia
，變bian壓ya器qi鐵tie芯xin中zhong的de磁ci通tong量liang也ye隨sui時shi間jian增zeng加jia而er增zeng加jia。對dui於yu圖tu1-17，根據電磁感應定理：

式中e1為變壓器初級線圈產生的電動勢，L1為變壓器初級線圈的電感量， 為變壓器鐵芯中的磁通量，Ui為變壓器初級線圈的輸入電壓。其中磁通量 還可以表示為：

上式中，S為變壓器鐵芯的導磁麵積（單位：平方厘米），B為磁感應強度，也稱磁通密度（單位：高斯），即：單位麵積的磁通量。
把（1-94）式代入（1-93）式並進行積分：

（1-96）式就是計算單激式開關變壓器初級線圈N1繞組匝數的公式。式中，N1為變壓器初級線圈的最少匝數，S為變壓器鐵芯的導磁麵積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵芯的最大磁感應強度（單位：高斯），Br為變壓器鐵芯的剩餘磁感應強度（單位：高斯），Br一般簡稱剩磁
，τ = Ton，為控製開關的接通時間，簡稱脈衝寬度，或電源開關管導通時間寬度（單位：秒），Ui為工電壓，單位為伏特。式中的指數部分是為了統一單位用的，選用不同單位，指數部分的值也不一樣
，這裏選用CGS單位製
，即：長度為厘米（cm），磁感應強度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。一般τ取值時要預留20%以上的餘量。

（1-96）式中，Ui× 或Ui×Ton就是變壓器的伏秒容量，即：伏秒容量等於輸入脈衝電壓幅度與脈衝寬度的乘積，這裏我們把伏秒容量用VT來表示。伏秒容量VT的de含han義yi是shi顯xian而er易yi見jian的de
，它ta表biao示shi，一yi個ge變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou多duo高gao的de輸shu入ru電dian壓ya和he多duo長chang時shi間jian的de衝chong擊ji，因yin此ci，伏fu秒miao容rong量liang也ye可ke以yi成cheng為wei開kai關guan變bian壓ya器qi的de耐nai電dian壓ya衝chong擊ji容rong量liang。

在zai變bian壓ya器qi伏fu秒miao容rong量liang一yi定ding的de條tiao件jian下xia，輸shu入ru電dian壓ya越yue高gao，變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou衝chong擊ji的de時shi間jian就jiu越yue短duan
，反fan之zhi，輸shu入ru電dian壓ya越yue低di
，變bian壓ya器qi能neng夠gou承cheng受shou衝chong擊ji的de時shi間jian就jiu越yue長chang；而(er)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)條(tiao)件(jian)下(xia)

，變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)越(yue)大(da)
，變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)中(zhong)的(de)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)就(jiu)越(yue)低(di)
，變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)就(jiu)更(geng)不(bu)容(rong)易(yi)飽(bao)和(he)。變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)與(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)無(wu)關(guan)，而(er)隻(zhi)與(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)容(rong)許(xu)的(de)磁(ci)通(tong)變(bian)化(hua)量(liang)有(you)關(guan)。

必須指出Bm和Br都不是一個常量，當流過變壓器初級線圈的電流很小時，Bm是隨著電流增大而增大的，但當電流增大到某個值時時

，Bm將(jiang)不(bu)能(neng)再(zai)隨(sui)電(dian)流(liu)的(de)增(zeng)大(da)而(er)繼(ji)續(xu)增(zeng)大(da)，這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)稱(cheng)磁(ci)飽(bao)和(he)。為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)飽(bao)和(he)，一(yi)般(ban)都(dou)要(yao)在(zai)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)的(de)磁(ci)回(hui)路(lu)中(zhong)預(yu)留(liu)一(yi)定(ding)的(de)氣(qi)隙(xi)。由(you)於(yu)空(kong)氣(qi)的(de)導(dao)磁(ci)率(lv)與(yu)鐵(tie)芯(xin)的(de)導(dao)磁(ci)率(lv)相(xiang)差(cha)成(cheng)千(qian)上(shang)萬(wan)倍(bei)，因(yin)此(ci)，隻(zhi)要(yao)在(zai)磁(ci)回(hui)路(lu)中(zhong)留(liu)有(you)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)或(huo)幾(ji)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)氣(qi)隙(xi)長(chang)度(du)，其(qi)磁(ci)阻(zu)或(huo)者(zhe)磁(ci)動(dong)勢(shi)將(jiang)大(da)部(bu)分(fen)落(luo)在(zai)氣(qi)隙(xi)上(shang)，因(yin)此(ci)磁(ci)心(xin)也(ye)就(jiu)很(hen)難(nan)飽(bao)和(he)。

在沒有留氣隙的變壓器鐵芯中，Br的值一般都很高；留有氣隙的變壓器鐵芯，Br值相對降低很多，但變壓器鐵芯的有效導磁率µe卻也會顯著降低。氣隙留得越大
，變壓器鐵芯的有效導磁率µe就越低。另外
，Bm的大小與變壓器鐵芯選用的材料不同而不同。對於一般高頻變壓器使用的鐵氧體磁芯
，Bm的最大值一般都在5000高斯以下
；而Br的取值範圍與退磁電流大小有關
，一般可在1000~2500高斯範圍內選取。

正激式開關變壓器一般都設有一個退磁線圈回路（如圖1-17中的N3和D3），因此，剩磁Br的值可以取得低一些

，一般可在10~20%Bs的範圍內選取（Bs為變壓器鐵芯的飽和磁通密度）
；對(dui)於(yu)反(fan)激(ji)式(shi)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)
，一(yi)般(ban)都(dou)不(bu)另(ling)設(she)退(tui)磁(ci)線(xian)圈(quan)回(hui)路(lu)
，其(qi)退(tui)磁(ci)主(zhu)要(yao)靠(kao)變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)線(xian)圈(quan)在(zai)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)同(tong)時(shi)，流(liu)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)流(liu)會(hui)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)中(zhong)產(chan)生(sheng)反(fan)向(xiang)磁(ci)通(tong)，從(cong)而(er)使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)進(jin)行(xing)退(tui)磁(ci)，但(dan)其(qi)退(tui)磁(ci)效(xiao)果(guo)相(xiang)對(dui)於(yu)專(zhuan)門(men)設(she)有(you)退(tui)磁(ci)線(xian)圈(quan)的(de)方(fang)法(fa)要(yao)差(cha)一(yi)些(xie)，因(yin)此(ci)
，Br值相對要取大一些，一般可在20~30%Bs的範圍內選取。

在（1-96）式中雖然沒有看到變壓器初級線圈電感這個變量，但從（1-93）式可以求得：

上(shang)式(shi)表(biao)示(shi)，變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)等(deng)於(yu)穿(chuan)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)總(zong)磁(ci)通(tong)，與(yu)流(liu)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)之(zhi)比(bi)，另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)線(xian)圈(quan)之(zhi)間(jian)有(you)互(hu)感(gan)作(zuo)用(yong)，即(ji)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)除(chu)了(le)受(shou)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)外(wai)，同(tong)時(shi)也(ye)受(shou)線(xian)圈(quan)電(dian)感(gan)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)
，因(yin)此(ci)，變(bian)壓(ya)器(qi)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)與(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)線(xian)圈(quan)的(de)匝(za)數(shu)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)。從(cong)（1-96）式和（1-97）shikeyikanchu，bianyaqichujixianquandezashuyueduo，fumiaoronglianghechujixianquandedianganliangyeyueda。yinci，duiyuzhengjishikaiguanbianyaqilaishuo，ruguobukaolvbianyaqichujixianquanbenshendedianzusunhao，bianyaqichujixianquandezashushiyueduoyuehao，dianganliangyeshiyuedayuehao。danzaijinxingbianyaqishejideshihou
，haiyaoduichengbenyijitongzusunhaodengyinsuyiqijinxingkaolv。
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1-6-3-2-2．正激式變壓器初
、次級線圈匝數比的計算

正zheng激ji式shi開kai關guan電dian源yuan輸shu出chu電dian壓ya一yi般ban是shi直zhi流liu脈mai衝chong電dian壓ya的de平ping均jun值zhi
，而er直zhi流liu脈mai衝chong電dian壓ya的de平ping均jun值zhi與yu控kong製zhi開kai關guan的de占zhan空kong比bi有you關guan，因yin此ci，在zai計ji算suan正zheng激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi初chu
、次級線圈的匝數比之前
，首先要確定控製開關的占空比D，把占空比D確定之後


，根據（1-78）式就可以計算出正激式開關變壓器的初、次級線圈的匝數比：

上式中，n為正激式開關變壓器次級線圈與初級線圈的匝數比，即：n = N2/N1 ；Uo為輸出直流電壓，Ui為變壓器初級輸入電壓，D為控製開關K的占空比。但考慮到變壓器和整流
、濾波電路的工作效率，在實際使用中最好在計算結果的基礎上再乘以一個大於1的係數（如1.1~1.3）。

在正常輸出負載的情況下，正激式開關電源電源的占空比D的值最好選在0.5左右。這樣，當負載比較輕的時候，占空比D將小於0.5
，雖然儲能濾波電感會出現斷流，儲能濾波電容充電時間縮短
，放電時間增加，但由於輸出電流比較小，儲能濾波電容充、放電的電流也很小，所以在電容兩端產生的電壓紋波不會增大，反而減小；當輸出負載比較重的時候
，控製開關的占空比D會大於0.5，此(ci)時(shi)流(liu)過(guo)儲(chu)能(neng)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)流(liu)為(wei)連(lian)續(xu)電(dian)流(liu)，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)增(zeng)大(da)
，儲(chu)能(neng)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)增(zeng)加(jia)，放(fang)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)縮(suo)短(duan)，因(yin)此(ci)，電(dian)容(rong)兩(liang)端(duan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)也(ye)不(bu)會(hui)增(zeng)大(da)很(hen)多(duo)。

正激式開關變壓器次級反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組與初線圈N1繞組的匝數比n一般為1 ：1 ，即：N3/N1 = 1
，或略大於1。當n大於1時
，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護作用和變壓器鐵芯的退磁作用都會增強，但流過反饋線圈N3繞組和整流二極管D3的電流也會增大
，從而會增加損耗
；如果n小於1，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護作用就會減弱
，尖峰脈衝很容易把電源開關管擊穿
，並且由於退磁作用減弱

，變壓器鐵芯的剩磁Br將會增大
，使變壓器容易飽和，或變壓器初級線圈的勵磁電流增加。

這裏順便提一下，變壓器線圈漆包線的電流密度一般取每平方毫米為3~4anpeibijiaoheshi。dangkaiguandianyuandegongzuopinlvqudehengaoshi，dianliumiduzuihaoqudexiaoyixie，huozheyongduoguxiandaitidanguxian，yimiandianliuzaidaotizhongchanshengqufuxiaoying，zengdasunhaoshidaoxianfare

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