高频变压器匝数计算方法

2025年03月13日 14:14

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网友（1）：

高频变压器匝数计算

L =(μ* S )/ l * N2

匝数公式的推导过程：

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)

扩展资料：

线圈计算匝数的注意事项：

1、一个线圈的导线根数不一定就是匝数，只有并绕根数等于1时，一个线圈的导线根数才等于线圈的匝数。

有如下关系：一个线圈的导线根数一并绕根数×匝数电机定子每槽中的导线数目是指在单层绕组中，每槽导线数等于匝数；在双层绕组中，每槽导线数是匝数的两倍即2x匝数。

2、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)

参考资料来源：百度百科-匝数

网友（2）：

1. 基本参数：
交流输入电压最小值 Umin
交流输入电压最大值Umax
电网频率Fa：50Hz 或60Hz
开关频率f：大于20kHz，常用50kHz～200kHz
输出电压Vo
输出功率Po
损耗分配系数Z：代表次级损耗与总损耗的比值，一般取0.5
电源效率k：一般取75～85%。低电压（5V 以下）输出时，效率可取75%，高压（12V 以上）输出，效率
可取85%；中等电压（5V 到12V 之间）输出，可选80%。
2. 确定输入滤波电容Cin：
对于宽范围交流输入（85～265Vac），C1/Po 的比例系数取2～3，即每输出1W 功率，对应3uF 电容量
对于 100V/115V 交流固定输入，C1/Po 的比例系数取2～3，即每输出1W 功率，对应3uF 电容量
对于 230V±35V 交流固定输入，C1/Po 的比例系数取1，即每输出1W 功率，对应1uF 电容量
若采用 100V/115V 交流倍压输入方式，需两只容量相同的电容串联，此时C1/Po 的比例系数取2
3. 直流输入电压最小值Vimin 的计算：
in
C
a
O
i kC
t
F
P
V u
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
−
= −
2
2 1
2 2
min min 其中：tc为整流桥的响应时间，一般为3ms
也可以由要求的直流输入电压最小值Vimin 来反推需要的输入滤波电容Cin 的精确值：
(2 )
2
2 1
2
min
2
min i
C
a
O
in k u V
t
F
P
C
−
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
−
=
4. 确定初级感应电压Vor：
对于宽范围交流输入（85～265Vac），初级感应电压Vor 取135V
对于100V/115V 交流固定输入，初级感应电压Vor 取60V
对于230V±35V 交流固定输入，初级感应电压Vor 取135V
5. 确定钳位二极管反向击穿电压Vb：
高温大电流下二极管钳位电压要高于标称值，所以选用 TVS 钳位电压Vb=1.5Vor
对于宽范围交流输入（85～265Vac），钳位二极管反向击穿电压Vb 取200V
对于100V/115V 交流固定输入，钳位二极管反向击穿电压Vb 取90V
对于230V±35V 交流固定输入，钳位二极管反向击穿电压Vb 取200V
当功率开关管关断而次级电路处于导通状态时，次级电压会感应到初级上，感应电压Vor 就与Vi 叠加后加
到开关管漏极上，与此同时初级漏感也释放能量，并在开关管漏极上产生尖峰电压VL。必须给初级增加钳
位保护电路来吸收尖峰电压的瞬间能量，使Vi+Vor+VL 低于开关管漏源的击穿电压Vdsbr。
有经验公式：最大漏源击穿电压 Vdmax>Vimax+1.4x1.5Vor+20V
6. 确定最大占空比Dmax：典型值为67%，在输入电压最小值Umin 时得到
100%
min
max X
V V V
V
D
or i dson
or
+ −
= 其中：Vdson 为开关管漏源导通电压
7. 选取初级纹波电流Ir 与初级峰值电流Ip 的比值Krp：
Krp 是表征开关电源工作模式的重要参数：Krp 的取值范围0～1
Krp=1：Ir=Ip，电流从0 开始上升到峰值Ip，再迅速降到0，为不连续工作模式，存储在高频变压器中的能
量在每个开关周期内都要完全释放掉。
Krp<1：Ir中的能量在每个开关周期内不能完全释放掉。
Krp=0：Ir=0，为理论上的极端连续模式，此时初级电感量Lp 为无穷大，初级开关电流为矩形。
Krp 较小，意味着更为连续的工作模式和较大的初级电感量，且初级的Ip 和Irms 值较小，此时可选用较
小功率的MOSFET，但要用较大尺寸的高频变压器；Krp 较大，表示连续度较差，此时须采用较大功率
的MOSFET，但可配尺寸较小的高频变压器。在输入电压和输出功率相同时，连续模式的初级电感量大约
是不连续模式的4 倍。设计成连续模式，初级电路中的交流成分要比不连续模式少，可减小MOSFET 和
高频变压器的损耗，提高电源效率。
对于宽范围交流输入（85～265Vac），Krp 最小值（连续模式）0.4，最大值（不连续模式）1.0
对于100V/115V 交流固定输入，Krp 最小值（连续模式）0.4，最大值（不连续模式）1.0
对于230V±35V 交流固定输入，Krp 最小值（连续模式）0.6，最大值（不连续模式）1.0
一般可从连续模式时的最小值选起，在迭代计算过程中逐渐增大Krp 值，但不能超过最大值。
8. 计算初级波形的参数：
输入电流的平均值 Iavg：
imin
O
avg kV
P
I =
初级峰值电流 Ip：
(2 )
2
(1 0.5 ) max imin max rp
O
rp
avg
p V D k K
P
K D
I
I
• • −
=
− •
=
初级纹波电流 Ir： Ir=KrpIp
初级有效值电流Irms： ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
= − +1
3
2
max rp
rp
rms p K
K
I I D
9. 根据 Ip 选择适合的MOSFET 或内置MOSFET 的芯片：
极限电流最小值 Ilimint 应满足： 0.9Ilimit>Ip
这是因为高温时极限电流最小值会减小10%，为使器件有更高的可靠工作范围而留余量。
10. 计算功率开关管结温Tj：
( ) 25
2
1 2
max
2 • + ⎥⎦
⎤
⎢⎣
= ⎡ • + • + j rms dson xt i or ta T I R C V V f R
其中：Rta 为结到器件表面的热阻
Cxt 是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组的分布电容，带Cxt 的乘积项代表当交流输入电压
较高时，由于Cxt 在每个开关周期开始时泄放电荷而引起的开关损耗，用Pcxt 表示
在计算时发现 Tj>100℃，就要选用功率较大的MOSFET 或带MOSFET 的芯片
11. 验算 Ip：
Ip=0.9Ilimit
输入新的Krp 值，从最小值开始迭代，直到Krp=1.0，检查Ip 值是否符合要求
12. 计算高频变压器的初级电感量Lp（uH）：一般Z 取0.5，k=0.8
k
Z k k
f
K
I K
L P
rp
p rp
O
p
− +
•
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
• −
= (1 )
2
1
10
2
6
13. 选择磁芯骨架等相关参数：依据功率选择适合的磁芯
高频变压器的最大承受功率Pm与磁芯截面积Sj（cm2）之间的关系： j m S = 0.15 P
依据计算出的磁芯截面积 Sj（cm2），通过查找磁芯的规格书来选择最适合的磁芯，一般可按下表：
输出功率范
围Po（W）
常规漆包线绕制的铁氧体磁芯型号三重绝缘线绕制的铁氧体磁芯型号
0～10 EE20 EF20 EEL16/EEL19 EPC25 EPD25 EE16/EE19 EI16/EI19 EFD15 EF16 EPC17
10～20 EE22 EE25 EEL19 EPC25 EPD25 EE19/EE20 EI19/EI22 EPC19 EF20 EPD20
20～30 EE28/EE30 EI30 EF30 EFD30 EPC30 EER28 ETD29 EE24/EE25 EI25/EI28 EF25 EFD25 EPC25
30～50 EE30/EE35 EER28/EER28L/EER35 EI30 ETD29 EI28/EI30 EF30 EER28 ETD29
50～70 EE40 ETD34/ETD39 EER35 EE35 EI35 EER35 ETD34
70～100 EE40/EE45 ETD39 EER40 EE40 EI40 ETD34 EER35
（磁芯的规格书见附表，也可查相关磁芯厂家的产品规格书）
小型化开关电源可选低成本的EE 或EI 型（二者截面积相同）磁芯；多路输出宜采用EFD 型磁芯，因为
能提供较大的窗口以便容纳多个次级绕组；大功率开关电源适配ETD 型（圆中心柱）磁芯；一般不用环
形、POT、RM（罐形）磁芯，因为泄漏磁场较大。
选定磁芯后，查出磁芯以下参数，用于下面的计算：
磁芯有效截面积 Sj（cm2），即有效磁通面积
磁芯的有效磁路长度 L（cm）
磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感 Al（uH/匝2）
骨架宽度 b（mm）
14. 计算次级绕组匝数Ns：
对于宽范围交流输入（85～265Vac）和230V±35V 交流固定输入，Kns 取0.6
对于100V/115V 交流固定输入，Kns 取1
Ns=（Vo+Vf1）Kns 取大整数其中：Vf1 为输出二极管的正向压降
取硅二极管的正向压降为 0.7V，肖特基二极管正向压降为0.4V
15. 选取初级层数d：
为减小漏感，初级层数一般取 d=2，在计算过程中也保证116. 计算次级绕组匝数Np：
O f 1
or
p S V V
N N V
+
= • 取大整数
17. 计算每伏匝数：在多路输出时需要计算此值，便于计算其他几路的匝数
1 1
0
O f
S
V V
n N
+
= 其中：Ns 为此路匝数，Vo1 为此路输出电压，Vf1 为此路整流管导通压降
18. 计算其他各路输出的匝数：在多路输出时需要计算出每路输出的匝数
( ) Si 0 Oi fi N = n V +V
19. 计算反馈绕组匝数Nf：Vfb 为反馈绕组需要的输出电压，Vf2 为反馈回路整流二极管的正向压降
1
2
O f
fb f
f S V V
V V
N N
+
+
= •
20. 计算有效骨架宽度be（mm）：骨架宽度为b，安全边距M
be=d（b-2M）
对于宽范围交流输入（85～265Vac）和230V±35V 交流固定输入，M=3mm
对于100V/115V 交流固定输入，M=1.5mm
使用三重绝缘线时，M=0
计算初级导线的外径（带绝缘层）Dpm： Dpm=be/Np
21. 计算并验证初级导线的电流密度J：J=（4～10）A/mm2
2 2 2
1.28
25.4
1000
4
1.27
1980
pm
rms
rms
pm D
I
I
D
J =
⎟⎠
⎞
⎜⎝
• ⎛
=
π
若 J>10A/mm2，应选较粗的导线并配较大尺寸的磁芯和骨架，以使J<10A/mm2
若J<4A/mm2，宜选用较细的导线和较小的磁芯骨架，以使J>4A/mm2，也可适当增加Np 的匝数
若符合 4A/mm222. 计算并验证磁芯中的最大磁通密度Bm：
p j
p p
N S
I L
J
100
=
若 Bm>0.3T，则需增加磁芯的很截面积或增加初级匝数，使Bm 在0.2～0.3T 之间
若 Bm<0.2T，就应选择尺寸较小的磁芯或者减小Np 值
23. 计算磁芯的气隙宽度t：单位mm，不留间隙时的等效电感Al=2.4uH/匝匝
⎟ ⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
= −
p l
p
j L A
N
t S
1000
1
1000
40
2
π
气隙应加在磁芯的磁路中心处，且大于 0.051mm，若小于此值，需增大磁芯尺寸或增加Np
气隙在0.2～0.4 之间最佳，气隙过大会使漏感增加，造成开关管漏极上的尖峰电压VL 过高
试制时可逐渐增大气隙，安装上线圈测初级电感和漏感，漏感要小于 3%Lp，达到要求后定型
24. 计算留有气隙时磁芯的等效电感Alg：单位uH/ 匝匝
lg 2
p
p
N
L
A =
25. 确定次级参数：这是对单路输出的计算
次级峰值电流： p
S
p
sp p I
N
N
I = nI = •
次级有效电流： ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
= − • − +1
3
(1 )
2
max rp
rp
srms SP K
K
I I D
输出滤波电容上的纹波电流： 2 2
r1 srms O I = I − I
次级导线最小直径：
J
I
J
D I srms srms
sm 1.13
1000
1980 2.54
1.27
4 = • • =
π
其中：J=5.18A/mm2
当Dsm>0.4mm 时，应采用0.4mm 双线并绕。双线并绕可改善趋肤效应，减小漏感。
次级导线最大外径（带绝缘层）为：
S
sm N
D b 2M
max
−
=
对于多路输出时，也依照上面参数和公式分别计算出每路的峰值电流、有效电流、线径
26. 计算次级整流管的最高反向峰值电压：对多路输出要算出每路的整流管反向峰值电压
p
S
brs O i N
V = V +V • N max
27.

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