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高频变压器的线圈匝数和线径计算步骤介绍 高频变压器的线圈匝数和线径计算步骤介绍，　高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。 　　一、高频 变压器 简介 　　高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的 电源变压器 ，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低，可分为几个档次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、10MHz以上。 　　高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源中的拓扑结构有很多。比如半桥式功率转换电路，工作时两个 开关三极管 轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行变压，输出交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器（待机变压器），每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准，比如主变压器，只要是200W以上的电源，其 磁芯 直径（高度）就不得小于35mm。而辅助变压器，在电源功率不超过300W时其磁芯直径达到16mm就够了。 　　二、高频变压器工作原理 　　高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源一般采用半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行降压，输出低电压的交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。 　　高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。因此，工作频率为100khz左右的高 频电源变压器，没有特殊原因是不会产生20khz以下音频噪声的。 　　三、高频变压器设计原理 　　在高频变压器设计时，变压器的漏感和分布 电容 必须减至最小，因为开关电源中高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。在传输的瞬变过程中，漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压，以及顶部振荡，造成损耗增加。通常变压器的漏感，控制为初级电感量的1%～3%。 　　初级线圈的漏感----变压器的漏感是由于初级线圈和次级线圈之间，层与层之间，匝与匝之间磁通没有完全耦合而造成的。 　　分布电容----变压器绕组线匝之间，同一绕组的上、下层之间，不同绕组之间，绕组与屏蔽层之间形成的电容称为分布电容。 　　初级绕组----初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。 　　次级绕组----初级绕组绕完，要加绕（3～5）层绝缘垫衬再绕制次级绕组。买电子元器件现货上唯样商城。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，符合绝缘耐压的要求。 　　偏压绕组----偏压绕组绕在初级和次级之间，还是绕在最外层，和开关电源的调整是根据次级电压还是初级电压进行有关。 　　四、高频变压器线径计算 　　高频变压器线径的确定根据公式D=1.13（I/J）^1/2可以计算出来，J是电流密度，不同的取值计算出的线径不同。由于高频电流在导体中会有趋肤效应，所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度。 　　穿透深度公式：d=66.1/（f）^1/2 　　如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度，就需要采用多股线或利兹线。 　　例如：1A电流，频率100K.假设电流密度取4A/mm^2 　　D=1.13*（1/4）^1/2=0.565mm Sc=0.25mm^ 　　d=66.1/（f）^1/2=66.1/（100000）^1/2=0.209mm 　　2d=0.418mm 　　采用0.4mm的线，单根0.4的截面积Sc=0.1256mm^2。2根0.4的截面积Sc=0.1256*2=0.2512mm^2 　　可以看出采用2*0.4的方案可以满足计算的要求。 　　五、高频变压器匝数计算 　　1、电磁学计算公式推导： 　　1）磁通量与磁通密度相关公式： 　　Ф = B * S ⑴ 　　B = H * μ ⑵ 　　H = I*N / l ⑶ 　　2）电感中反感应电动势与电流以及磁通之间相关关系式： 　　EL =⊿Ф / ⊿t * N ⑷ 　　EL = ⊿i / ⊿t * L ⑸ 　　由上面两个公式可以推出下面的公式：⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L 变形可得：N = ⊿i * L/⊿Ф 　　再由Ф = B * S 可得下式：N = ⊿i * L / （ B * S ） ⑹ 　　且由⑸式直接变形可得：⊿i = EL * ⊿t / L ⑺ 　　联合⑴⑵⑶⑷同时可以推出如下算式：L =（μ* S ）/ l * N2 ⑻ 　　这说明在磁芯一定的情况下电感量与匝数的平方成正比（影响电感量的因素） 　　3）电感中能量与电流的关系：QL = 1/2 * I2 * L ⑼ 　　4）根据能量守恒定律及影响电感量的因素和联合⑺⑻⑼式可以得出初次级匝数比与占空比的关系式： 　　N1/N2 = （E1*D）/（E2*（1-D）） ⑽ 　　2、根据上面公式计算变压器参数： 　　1） 高频变压器输入输出要求： 　　输入直流电压：200--- 340 V 　　输出直流电压：23.5V 　　输出电流：2.5A * 2 　　输出总功率：117.5W 　　2）确定初次级匝数比 　　次级整流管选用VRRM =100V正向电流（10A）的 肖特基二极管 两个，若初次级匝数比大则功率所承受的反压高匝数比小则功率 管反低，这样就有下式： 　　N1/N2 = VIN（max） / （VRRM * k / 2） ⑾ 这里安全系数取0.9 　　由此可得匝数比N1/N2 = 340/（100*0.9/2） ≌ 7.6 　　3）计算功率场效应管的最高反峰电压： 　　Vmax = Vin（max） + （Vo+Vd）/ N2/ N1 ⑿ 　　Vmax = 340+（23.5+0.89）/（1/7.6） 　　由此可计算功率管承受的最大电压： Vmax ≌ 525.36（V） 　　4）计算PWM占空比 　　由⑽式变形可得： 　　D = （N1/N2）*E2/（E1+（N1 /N2*E2） 　　D=（N1/N2）*（Vo+Vd）/Vin（min）+N1/N2*（Vo+Vd） ⒀ 　　D=7.6*（23.5+0.89）/200+7.6*（23.5+0.89） 　　由些可计算得到占空比D≌ 0.481 　　5）算变压器初级电感量： 　　为计算方便假定变压器初级电流为锯齿波，也就是电流变化量等于电流的峰值，也就是理想的认为输出管在导通期间储存的能量在截止期间全部消耗完。那么计算初级电感量就可以只以PWM的一个周期来分析，这时可由⑼式可以有如下推导过程： 　　（P/η）/ f = 1/2 * I2 * L ⒁ 　　（P/η）/ f = 1/2 * （EL * ⊿t / L）2 * L ⒂ 　　⊿t = D / f （D ----- PWM占空比） 　　将此算式代入⒂式变形可得： 　　L = E2 * D2 *η/ （ 2 * f * P ） ⒃ 　　这里取效率为85%， PWM开关频率为60KHz. 　　在输入电压最小的电感量为： 　　L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5 　　计算初级电感量为： L1 ≌ 558（uH） 　　计算初级峰值电流：由⑺式可得： 　　⊿i = EL * ⊿t / L = 200 * （0.481/60000 ）/ （558*10-6） 　　计算初级电流的峰值为： Ipp ≌ 2.87（A） 　　初级平均电流为：I1 = Ipp/2/（1/D） = 0.690235（A） 　　6）计算初级线圈和次级线圈的匝数： 　　磁芯选择为EE-42（截面积1.76mm2）磁通密度为防治饱和取值为2500高斯也即0.25特斯拉， 这样由⑹式可得 　　初级电感的匝数为： N1= ⊿i * L / （ B * S ） = 2.87 * （0.558*10-3）/0.25*（1.76*10-4） 　　计算初级电感匝数： N1 ≌ 36 （匝） 　　同时可计算次级匝数：N2 ≌ 5 （匝） 　　7）计算次级线圈的峰值电流： 　　根据能量守恒定律当初级电感在功率管导通时储存的能量在截止时在次级线圈上全部释放可以有下式： 　　由⑻⑼式可以得到： 　　Ipp2=N1/N2* Ipp ⒄ 　　Ipp2 = 7.6*2.87 　　由此可计算次级峰值电流为：Ipp2 = 21.812（A） 　　次级平均值电流为I2=Ipp2/2/（1/（1-D））= 5.7（A） 　　8）计算激励绕组（也叫辅助绕组）的匝数： 　　因为次级输出电压为23.5V，激励绕组电压取12V，所以为次级电压的一半 由此可计算激励绕组匝数为： N3 ≌ N2 / 2 ≌ 3 （匝），激励绕组的电流取： I3 = 0.1（A）

日常生活中我们可以看到变压器的品种有很多，最常见到的就是按频率分类的 R型 低频变压器、中频变压器和高频变压器，那他们各自有什么不同呢，通常他们都分别在什么场景下应用，带着这些问题，皇利变压器来和大家聊聊 R型低频变压器和高频变压器 的区别 吧。 首先是低频变压器。从名称上看，他的频率应该很低。通常，低频变压器的频率是 50-60Hz，我国常用频率为50Hz， 而 一些外国国家使用 60Hz。目前，许多低频变压器也被称为工频变压器。过去，低频变压器常用于电源电压转换，这些电源转换的稳定性采用线性调节，因此低频电源变压器也被称为线性电源变压器。 低频变压器通常由铁芯、绕组、绝缘材料等制成。低频变压器的设计应使铜损坏等于铁损坏，以减少变压器的损失，使工作更加稳定。有些厂家在设计制造时为节约成本而减少铜的用量，常常减少铜线圈数，这样会使空载电流增大，同样空载损耗也会增加，如果变压器长时间处于这种状态，就会造成能源的浪费。很多使用的设备或许都没注意到这一点，但这也是变压器使用过程中非常重要的一点。 让我们谈谈高频变压器。高频变压器实际上是一种工作频率高的电子变压器。高频变压器的一般工作频率大于 20KHz以上。高频变压器的主要核心是磁芯，与低频变压器不同。它具有高磁导率和高电阻率。当有一定的线圈匝数时，它可以通过小的激磁电流承受高额外电压。因此，在一定的输出功率要求下，磁芯体积可以减小。 高频变压器通常用于开关电源，是储存和传输能量的重要组成部分。高频变压器在单片开关电源中的性能不仅对电源效率有很大的影响，而且与电源的其他指标和电磁兼容性直接相关。因此，高效高频变压器应具有直流损耗低、交流损耗低、漏感小、绕阻本身分布电容和绕阻耦合电容小的特点。 目前，市场上变压器制造商生产的质量不同，因为他们使用的材料和设计技术不同，低频变压器和高频变压器的铁芯和磁芯不同，参数不同，自然最终产品的质量也不同。

1. 什么是变压器？ 变压器是利用电磁感应原理来进行变换交流电压的一种器件。变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域。 2. 变压器是干什么用的？ 变压器的主要作用是升高或降低交流电压，以得到想要的目标电压。在我们日常生活中，电从发电厂输送到千家万户里，给各式各样的家电供电。为降低远距离电力运输的损耗，发电厂输出的是高压电，高达几十万伏。但家电需要的电压是220伏，有些小电器仅需几十伏，这时，就需要通过变压器改变电压，以适应各种应用。 此外，变压器还有电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等功能。 3.变压器是如何工作的？工作原理是？ 简单说变压器的工作原理就是“电生磁，磁生电”。 变压器的主要构件是线圈和铁芯（或磁芯），线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。 变压器通过电磁感应的原理来改变电压。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。这表明，两组线圈只有磁耦合没有电联系，但是次级线圈会与初级线圈一样，存在电动势。把次级线圈两端看成是一个新的电源，当次级线圈中的电路闭合就有交变电流产生。 4.变压器变压比怎么算？ 变压器能改变电压，但具体改变了多少呢？ 事实上，变压器的线圈的匝数比等于电压比，即： U1/U2=N1/N2 式中U1、U2为初级、次级线圈的电压；N1、N2为初级、次级线圈的匝数。 变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的初级线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。因为初级、次级线圈中的φ是相同的。由法拉第电磁感应定律可知，初级、次级线圈中的感应电动势为： e1=-N1dφ/dt e2=-N2dφ/dt 由图可知： U1=-e1 U2=e2 综合可得： U1/U2=N1/N2 即变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线圈是250匝，初级通上220V交流电，次级电压就是110V。 值得注意的是，变压器的线圈的匝数比等于电压比，这是理想情况下比值，说明理想变压器本身无功率损耗。 但实际变压器总存在损耗，包括铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等。 5.变压器有哪些类型？ 从电压分类：有低压变压器、高压变压器、超高压变压器； 从结构分类，有双绕组变压器，多绕组变压器，分裂变压器，自偶变压器； 从冷却方式分类：有空冷变压器、油冷变压器，水冷变压器（极少）； 从绝缘介质分类：有油浸变压器，干式变压器，气体绝缘变压器； 从相数分类：有单相变压器、三相变压器、分体变压器； 按用途分类：有电力变压器，专用电源变压器，调压变压器，测量变压器(电压互感器、电流互感器)，小型电源变压器(用于小功率设备)，安全变压器。 6.常用的变压器有哪些？ 图源：华秋商城 7.变压器主要参数是什么？ 额定频率：批变压器设计时所规定的运行频率。变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用。用ƒN 表示，单位赫兹（HZ）。我国规定额定频率为50HZ。 额定容量：指变压器工作状态下的输出功率，用视在功率表示。用SN 表示，单位为KVA或VA。 额定电压：指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。用UN表示，单位为KV或V。一次额定电压用UN1 表示，二次额定电压用UN2表示。 额定电流：指在额定容量和允许温升条件下，通过变压器一、二次绕组出线端子的电流，用IN表示，单位KA或A。一次绕组电流用IN1表示，二次绕组电流用IUN21 表示。 额定功率：在规定的频率和电压下，变压器能长期工作而不超过规定温升的输出功率。 8.变压器如何选型？ 首先要调查用电地方的电源电压，用户的实际用电负荷和所在地方的条件，然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择。 那如何确定变压器的合理容量呢？ 一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。 在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的75～90%左右。运行中如实测出变压器实际承受负荷50小于%时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。 同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。 对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求(因为电动机起动电流要比下沉运行时大4～7倍)。 9.低频变压器和高频变压器的区别是？ 根据变压器的工作频率不同，一般可以分成低频变压器和高频变压器。 两者的主要区别包括下面3点： 首先频率不同。 日常生活中，工频交流电的频率是50Hz，我们把工作在这一频率下的变压器叫做低频变压器；而高频变压器的工作频率可达几十kHz到几百kHz。 其次，体积不同。 输出功率相同的低频变压器与高频变压器，高频变压器的体积要比低频变压器要小很多。变压器在电源电路中算是个头比较大的元件，在保证输出功率的同时想要把体积做得小，就要使用高频变压器，所以在开关电源里都会用到高频变压器。 还有，芯所使用的材料不同。 低频变压器的铁芯一般是使用很多片硅钢片堆叠而成的，而高频变压器的铁芯是用高频磁性材料（如：铁氧体）组成的。（所以高频变压器的铁芯一般叫做磁芯） 10.什么是变压器的铭牌？有哪些主要技术数据？ 变压器的铭牌标明该台变压器的性能、技术规格和使用场合，用来满足用户的选用，通常选用注意的主要技术数据有： (1)、额定容量的千伏安数。即额定状态下变压器的输出能力。如单相变压器额定容量=U线×I线；三相变压器容量=U线×I线。 (2)、额定电压伏数。分别标明初级线圈的端电压和次级线圈的端电压(不接负载时)值。注意三相变压器的端电压指线电压U线值。 (3)、额定电流安培数。指在额定容量和允许温升条件下，初级线圈和次级线圈允许长期通过的线电流I线值。 (4)、电压比。指初级线圈额定电压与次级线圈额定电压之比。 (5)、接线方式。单相变压器仅有高低压各一组线圈，只供给单相使用，三相变压器则有Y/△式。除以上技术数据外，还有变压器的额定频率、相数、温升、变压器的阻抗百分比等。

谐振式变换器采用零电压开关（ZVS）和谐振能量传递技术，可减少高频电磁干扰，实现90%以上的高效率（高于传统的PWM）和更小的体积，而且散热少，电源转换器市场对谐振拓扑的兴趣近来在增加。本半桥式转换器方案基于L6598谐振控制器，可用于许多电源领域，如适配器、电视、显示器、通讯机和汽车收音机。 方案特点 谐振式变换器效率都在90%以上，所需的功率MOSFET功率小，变压器的体积也更小，整个方案体积小，散热少，工作寿命长。 与非谐振式变换器相比，普通拓扑的半桥变压器通过容性分配网络连接于主DC总线，馈送给变压器的电压是循环的，即0-负、负-0、0-正、然后再返回到0……其主DC总线的连接如图1所示。 图1. 普通半桥变换器的变压器连接 谐振式变换器植入了一个“外部”电感，这样在容性分配网络和外部电感器之间产生了谐振，叠加了主变压器已经有的漏电感，其原理见图2。 图2. 谐振式变换器的变压器连接 本设计的三个频率分别为：Fstart = 300kHz，Fmin = 70kHz，Fr = 35kHz。必须注意的是，300kHz(Fstart)已经非常接近驱动器的最大工作频率。 图3. 150W半桥式DC-DC转换器方案电路图 作为方案的核心，L6598高压谐振控制器片上集成了谐振变换器与600V高压半桥驱动器，可以最少的电路元件执行和控制谐振和SMPS。在半桥拓扑中，L6598提供压控振荡器（VCO）、检测运算放大器（OP AMP）、两个带使能（Enable）输入的比较器、控制逻辑、高/低端驱动器、自举驱动器和欠电压封锁及软启动电路等功能。 L6598电源电压Vs的启动阈值为10.7V，启动电流为250μA，静态工作电流是2mA。在提供的电压达到阈值之前，两支外部半桥的功率MOS将驱动器的低阻抗槽路切断。随着供电进入正常，电路开始运行，在第一个半周期中高边驱动器有效，所以升压电容将充满电荷。振荡器是一个电压控制振荡器，在Rfmin和Rfstar端选择合适的阻值，可以找出最低和最高工作频率的限制。 芯齐齐BOM分析 作为能量转换装置，本方案将能量从整流线路传送到负载，关键元器件包括变压器、外接电感、电容分配网络、功率开关，以及L6598控制IC、TL431稳压源、PC817光耦等。 图4. 150W半桥式DC-DC转换器方案BOM表 芯齐齐BOM分析显示，本方案主要任务是能量转换，即将能量从整流线路传送到负载，这将涉及一些关键元器件，包括变压器、外接电感、电容分配网络、功率开关。这里，我们采用了来自Epcos的N67材质的ETD34变压器，制造商产品编B66361G1000X187，核心材质级别N87，电感因子153nH，有效磁路长度78.6mm。 L6598控制IC集成了谐振变换器与600V高压半桥驱动器，有效减少元器件数量，简化了高效电源设计。L6598封装为DIP16，最高结温为150℃，工作环境温度为-40℃至+150℃。 PC817是线性光耦元件，隔离电压达5000V，增加了安全性，减小了电路干扰，简化了电路设计。 TL431是可控精密稳压源，最大输入电压为37V，最大工作电流150mA，基准电压2.495V(25°C)，输出电压最高到40V，可编程输出电压2.495V~36V，电压参考误差±0.4%，低动态输出阻抗0.22Ω，封装形式SOT-89。TL431在很多应用中可代替稳压二极管，例如数字电压表、运放电路、可调压电源、开关电源等。

今天， 金籁电子 小编给您分享下一体成型电感在物联网上的应用。 2015年是物联网发展重要的一年。全球超过10亿台的智能型手机已为物联网的发展提供良好的基础条件。根据IDC统计，预期2020年物联网装置将达250亿个，其中2016年物联网市场产值将达2.9兆美元；物联网的应用服务产品包含穿戴式产品、智能汽车、智能家庭和行动支付等，此一爆发性的成长势将带动被动组件产品的无限商机。 根据CCS insight报导，2019年全球手机市场将有23.5亿支需求，智能型手机将达20亿支。金籁电子一体成型小型化电感系列目前已被各大知名物联网厂商所采用，藉由新材料（合金粉末）技术降低RDC 25%，改善Q值，达到更好的使用效率。 4G(LTE)在2015至2016年间预估将达到14.66亿用户量，受惠于4G用户的普及，4G智能型手机的成长将持续带动金籁电子252012一体成型电感的应用。未来金籁电子仍将持续扩充产能强化小型化产品市场地位，并为未来蓬勃发展的智能型手机及穿戴装置市场预作准备。 为此，金籁电子科技将持续投资并加强一体成形小型化产品，为蓬勃发展的智能型手机和穿戴式装置市场预作准备，金籁电子品牌是大陆的一体成型电感设计制造领导品牌，拥有超过10年的粉末开发及产品设计经验。完整的产品线横跨绕线电感，一体成型电感及功率电感，可提供不同产业客户的电感整体解决方案及一次性购足服务。