设计桥式变换电路变压器：优化方案

图3-22 推挽式、桥式工作磁心选择图

桥式变换电路变压器设计相对来说比较容易一些。它没有反馈绕组，只有一个输出回路。为了减小磁化电流，变压器的一次绕组的匝数最好多一点，电感量大一点。选择高磁导率合金材料的磁心是合适的，而且磁心不需带气隙。具体的设计步骤如下：

1）选择磁心型号。根据输出功率、效率求输入功率、工作频率以及图3-22确定磁心型号，条件是自然冷却。

2）选择最佳磁感应强度。对于推挽式变换电路，可利用整个B—H曲线，如果选择大的磁感应强度B_W，则一次绕组匝数可以减少，铜损也小，但铁损却增大。变压器的设计是围绕着效率高、铜损等于铁损这个基本原则进行的。图3-23是A16铁氧体材料铁心的铁损、铜损和总损耗与磁感应强度的关系曲线。该曲线表明损耗是磁感应强度增量ΔB的函数。

例题：设计一个以铁氧体为磁心的桥式变电路变压器，输入电压为86～265V（AC，50Hz），工作频率为40kHz，输出电压、电流为V_o=5V，I_o=100A，效率为80%。

（1）输入功率的计算

图3-23 A16铁氧体材料铁心的铜损、铁损和总损耗与磁感应强度的关系曲线

根据图3-22选定A16铁氧体材料EE55/55/21，磁心有效截面积A_e=354mm²（见表3-2）。因使用EE55/55/21的磁心，生产厂家推荐的磁感应强度峰值B在40kHz时为100mT（见图3-24），则感应密度增量ΔB=200mT=0.2T。

（2）最低一次直流电压的计算

输入电压波动±10%，则最低一次直流电压为

表3-2 3C8磁性材料的磁心特性表

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（续）

图3-24 各种磁心磁感应强度峰值与频率f的函数曲线

当占空比D为0.5时：

一次绕组匝数为

（3）每伏匝数n的计算

设二极管管压降为0.8V，整流滤波绕组压降为1.2V，则二次绕组匝数为

这里取2匝。

（4）注意事项

首先注意伏秒值平衡问题：它与半桥式相似，由于两只晶体管的储存时间不同或是输出整流二极管正向电压不同，会引起变压器一次绕组所承受的正向或反向伏秒值不平衡，这种不平衡会造成变压器在运行期间磁感应强度阶梯式趋向饱和。其次注意瞬时饱和效应。桥式变换电路一般是一对晶体管工作在饱和点附近，如果电源负载瞬时增加，控制电路则必须使脉冲加宽，这样才能补偿损耗和增加L₁的输出电流，其结果是磁铁心会出现单向饱和。这就是瞬时饱和效应，将使晶体管产生过电流。这时只有降低晶体管的放大倍数，才可使输出电压波动减小，适当地增加脉宽，有可能防止出现瞬时饱和效应。