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    電源輸出功率與磁芯尺寸的計算方法

    文章出處:網責任編輯:作者: 人氣:-發表時間:2016-07-22 08:54:00

       要使變壓器輸出更大的功率,我們希望在電壓一定的情況下,圈數要盡可能的少、導線盡可能的粗。這樣才有利于提供較大的電流,輸出更大的功率。前者需要較大的磁芯截面積,后者要求較大的磁芯窗口面積。因此要獲得較大的輸出功率磁芯尺寸必須夠大才行。

      變壓器初級繞組的圈數可用下式來算:

      N = k *10^5 * U /(f *Ae* Bmax )

      k 為最大導通時間與周期之比,通常取k=0.4; U 是初級繞組輸入電壓(V),(近似等于直流輸入電壓); f 是變壓器的工作頻率(KHZ); Ae 是磁芯的截面積(cm2);

      Bmax 是允許的磁通密度最大變化幅度(G)。

      因此,在一定電壓下,增大截面積Ae、提高工作頻率f和選擇更大的峰值磁通密度Bmax,都有利于減少圈數,提高輸出功率。但是,磁芯的損耗(鐵損)是按Bmax的2.7次冪和f的1.7次冪呈指數增長的,Bmax還受磁芯飽和的限制。因此,提高工作頻率f和選擇更大的峰值磁通密度Bmax都是有限度的。大多數適合做開關電源的鐵氧體磁芯頻率通常限制在10-50KHZ以內,Bmax限制在2000G(高斯)以內,一般取Bmax=1600G較為合適。因此,功率主要靠磁芯截面積Ae、其次靠工作頻率f控制。

      但必須明確的是,這種控制關系是間接的而不是直接的,Ae加大和f提高只是表示對同樣的電壓,允許繞的圈數更少,只有實際把圈數減少了才能提高功率。如果在同樣材料的一個大磁芯和一個小磁芯上,用一樣的導線繞同樣的圈數,對同樣的輸入電壓輸出功率是基本相同的。同樣,如果一個做好的變壓器,僅僅靠改變工作頻率,也是不會使輸出功率提高的。

      在實際問題的處理上,因為變壓器已經做好,所以我建議提高輸入電壓來提高功率;如果從變壓器入手的話,可以嘗試把導線適當加粗,同時把頻率提高一些,以允許圈數能有所減少,這樣就可加大輸出功率。

      導線加粗受到磁芯窗口面積Ac限制。用截面積為Ad的導線繞N圈,占用的窗口面積為:

      Awc = N *Ad = k * 10^5 * U *Ad / (f *Ae* Bmax )

      var script = document.createElement('script'); script.src = 'http://static.pay.baidu.com/resource/baichuan/ns.js'; document.body.appendChild(script);

      設,初級繞組窗口占用系數為Sn =Awc / Ac, Ad用電流I(有效值)和允許的電流密度J表示為:

      Ad=I/J/100,(Ad-平方厘米,I-A有效值,J-A/平方毫米)

      則上式可寫成:Ac* Sn = k * U *I*10^3 / ( f *Ae* Bmax * J) 或,U*I = Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3 / k

      因為輸入功率等于輸入電壓U與電流平均值k*Ip的乘積,而電流有效值I與峰值Ip的關系為:

      Ip= 1.58*I,

      所以輸入功率:

      Pi = 1.58*k*U*I = 1.58*Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3

      再乘上效率Ef就得到最大輸出功率的表達式:

      Po = 1.58 * Ef * Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3

      可見,功率除了和上面那些有利于圈數減少的因素成正比之外,還與允許導線加粗的Ac、Sn以及電流密度J成正比。工程上一般取Ef = 0.8,Sn=0.4,Bmax=1600G,J=4A/平方毫米,再考慮到不同電路形式的繞組結構不同,故常用下式來估算磁芯的最大輸出功率:

      Po = m * f * Ae * Ac 推挽電路m=3.2; 單端正激電路m=1.6; 半橋和全橋m=4.48。

      電視機行輸出變壓器常用的三種U型磁芯,U12、U16、U18的Ae與Ac乘積分別為6.12、14.9、30.4(平方厘米),如果頻率取f=20KHZ,采用推挽電路,則可算得這三種磁芯可提供的最大輸出功率為:

      U12:Po = 3.2*20*6.12 = 548 W U16:Po = 3.2*20*14.9 = 954W U18:Po = 3.2*20*30.4 = 1945W

      這種U型磁芯窗口面積很大適合高壓大功率的場合,但磁路較長,初、次級耦合度較差,漏感大。再次強調,算出的最大功率只是說明該磁芯的能力,大材小用可以,小材大用就不行了。

      var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;

      磁芯選定之后,最大輸出功率和工作頻率有關 工程上可用下式估算:

      Po=1.6*f*Ae*Ac (W) f-工作頻率(KHZ) Ae-磁芯截面積(平方厘米) Ac-磁芯窗口面積(平方厘米)

      (對其他電路形式,式中系數1.6有所不同)

      對EI40,Ae=1.28,Ac=1.5,可算得

      當f=20KHz時,Po=61W 當f=24KHz時,Po=74W 當f=48KHz時,Po=148W

      繞組的每伏匝數,用下式計算:

      No = 15.6/(f*Ae) (匝/V)

      若f=24KHZ, No = 15.6/(24*1.28) = 0.51 匝/V 如果初級電壓V1=240V,次級電壓V2=36V,則

      初級匝數: N1 = No*V1=122 匝 次級匝數: N2 = No*V2=18 匝

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