開關(guān)電源原理與設(shè)計（連載31）推挽式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計算

0.4．推挽式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計算

推挽式開關(guān)電源使用的開關(guān)變壓器有兩個初級線圈，它們都屬于勵磁線圈，但流過兩個線圈的電流所產(chǎn)生的磁力線方向正好相反，因此，推挽式開關(guān)電源變壓器屬于雙激式開關(guān)電源變壓器；另外，推挽式開關(guān)電源變壓器的次級線圈會同時被兩個初級線圈所產(chǎn)生的磁場感應(yīng)，因此，變壓器的次級線圈同時存在正、反激電壓輸出；推挽式開關(guān)電源有多種工作模式，如：交流輸出、整流輸出、直流穩(wěn)壓輸出，等工作模式，各種工作模式對變壓器的參數(shù)要求會有不同的要求。

1-8-1-4-1．推挽式開關(guān)電源變壓器初級線圈匝數(shù)的計算

由于推挽式變壓器的鐵心分別被流過變壓器初級線圈N1繞組和N2兩個繞組的電流輪流進(jìn)行交替勵磁，變壓器鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可從負(fù)的最大值-Bm，變化到正的最大值+Bm，因此，推挽式變壓器鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍比單激式變壓器鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍大好幾倍，并且不容易出現(xiàn)磁通飽和現(xiàn)象。

推挽式變壓器的鐵心一般都可以不用留氣隙，因此，變壓器鐵心的導(dǎo)磁率比單激式變壓器鐵心的導(dǎo)磁率高出很多，這樣，推挽式變壓器各線圈繞組的匝數(shù)就可以大大的減少，使變壓器的鐵心體積以及變壓器的總體積都可以相對減小。
推挽式開關(guān)電源變壓器的計算方法與前面正激式或反激式開關(guān)電源變壓器的計算方法大體相同，只是對變壓器鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍選擇有區(qū)別。對于具有雙向磁極化的變壓器鐵心，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍，可從負(fù)的最大值-Bm變化到正的最大值+Bm。

關(guān)于開關(guān)電源變壓器的計算方法，請參考前面“1-6-3．正激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)計算”中的“2.1 變壓器初級線圈匝數(shù)的計算”章節(jié)中的內(nèi)容。

根據(jù)（1-95）式：

（1-150）式和（1-151）式就是計算雙激式開關(guān)電源變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù)的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1或N2繞組的最少匝數(shù)，S為變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位：高斯）；Ui為加到變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓，單位為伏；τ = Ton，為控制開關(guān)的接通時間，簡稱脈沖寬度，或電源開關(guān)管導(dǎo)通時間的寬度（單位：秒）；F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關(guān)電源變壓器工作于正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來計算變壓器初級線圈N1繞組的匝數(shù)；F和τ取值要預(yù)留20%左右的余量。式中的指數(shù)是統(tǒng)一單位用的，選用不同單位，指數(shù)的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長度為厘米（cm），磁感應(yīng)強(qiáng)度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

1-8-1-4-2．推挽式開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

A）交流輸出推挽式開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算
推挽式開關(guān)電源如果用于DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流輸出，或把交流整流成直流后再逆變成交流輸出，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調(diào)整，因此電路相對比較簡單，工作效率很高。

用于逆變的推挽式開關(guān)電源一般輸出電壓都是占空比等于0.5的方波，由于方波的波形系數(shù)（有效值與半波平均值之比）等于1，因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，并且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，只要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據(jù)半波平均值，就可以求得推挽式開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比。

根據(jù)前面分析，推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要由開關(guān)電源變壓器次級線圈N3繞組輸出的正激電壓來決定。因此，根據(jù)（1-128）、（1-129）、（1-131）其中一式就可以出推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得逆變式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比：

n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 變壓比，D為0.5時 （1-152）
（1-152）式就是計算逆變式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為開關(guān)變壓器初級線圈兩個繞組其中一個的匝數(shù)，N3為變壓器次級線圈的匝數(shù)，Uo輸出電壓的有效值，Ui為直流輸入電壓，Upa輸出電壓的半波平均值。

（1-152）式還沒有考慮變壓器的工作效率，當(dāng)把變壓器的工作效率也考慮進(jìn)去時，最好在（1-152）式的右邊乘以一個略大于1的系數(shù)。

B）直流輸出電壓非調(diào)整式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

直流輸出電壓非調(diào)整式推挽開關(guān)電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路后面再接一級整流濾波電路。這種直流輸出電壓非調(diào)整式推挽開關(guān)電源的控制開關(guān)K1、K2的占空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5，因此，直流輸出電壓非調(diào)整式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比可直接利用（1-152）式來計算。即：
n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D為0.5時 （1-152）
不過，在低電壓、大電流輸出時，一定要考慮整流二極管的電壓降。

C）直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的計算

直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源的功能就要求輸出電壓可調(diào)，因此，推挽式變壓器開關(guān)電源的兩個控制開關(guān)K1、K2的占空比必須要小于0.5；因為推挽式變壓器開關(guān)電源正反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩個控制開關(guān)K1、K2的占空比相當(dāng)于要小一倍。當(dāng)要求輸出電壓可調(diào)范圍為最大時，占空比最好取值為0.25。根據(jù)（1-140）和（1-145）式可求得：

（1-153）和（1-154）式就是計算直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源變壓器初、次級線圈匝數(shù)比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1或N2繞組的匝數(shù)，N3為變壓器次級線圈的匝數(shù)，Uo直流輸出電壓，Ui為直流輸入電壓。