功率变压器设计：关键因素与影响

"开关电源设计-变压器设计与磁性元件理解" 在开关电源设计中，变压器起着至关重要的作用。本文详细介绍了功率变压器的设计及其在电路中的功能。第七章专门讨论了正激、桥式、半桥和推挽变压器的设计方法，而反激变压器则在第八章中单独阐述。设计变压器时，需要明确电路拓扑、工作频率、输入和输出电压、输出功率或电流以及环境条件，同时考虑变压器允许的损耗。 7.1 变压器的功能包括： 1. 通过改变初、次级线圈的比例来调整输出电压； 2. 提供多路输出电压，通过增加次级线圈的数量； 3. 实现电气隔离，确保离线电源的安全使用。 7.1.2 变压器的寄生参数及其影响： - 漏感会导致能量在初级和次级线圈之间不完全传递，产生瞬态电流变化，影响输出特性，并可能引起其他开环输出的稳压性能下降。 - 激磁电感（互感）存储于磁芯和气隙中，与负载电流无关，但会在开关转换时导致电压尖峰，是电磁干扰（EMI）的来源。为了防止这些尖峰电压损害元件，通常会使用缓冲或箝位电路，但这也会带来额外损耗。 7.1.3 温升和损耗： 设计者基于预期效率和总损耗来计算变压器允许的损耗。变压器的损耗会导致线圈和磁芯升温，其中心部位温度最高，这限制了温升的幅度。温升可以通过公式 ΔT = Rth * P 来计算，其中 ΔT 是温升，Rth 是热阻，P 是功率损耗。 此外，磁性元器件如磁芯和线圈在开关电源中扮演关键角色。磁的基本概念，如磁感应强度、磁通、磁导率和电磁感应定律，是理解和设计这些元件的基础。自感和互感的概念用于解释线圈储存和传递能量的方式，而变压器则是一个典型的磁性元件，它的空载和负载状态，以及等效电路分析，对于理解和设计开关电源至关重要。 变压器设计需要考虑众多因素，包括其功能需求、寄生参数的影响以及热管理和损耗控制。有效的变压器设计可以提高开关电源的效率和稳定性。在实践中，设计师需结合理论知识和实践经验，合理选择磁性材料和结构，以实现最佳性能。