开关电源变压器设计中的工作磁通选择原则
开关电源变压器设计中的工作磁通选择原则
在开关电源变压器设计中，工作磁通的选择是一个关键参数，直接影响到变压器的性能和可靠性。本文将详细介绍工作磁通的选择原则，并通过具体案例和材料特性数据，帮助读者深入理解这一设计要点。
变压器设计中有一个重要的输入参数，是选定电路工作的磁路参数。涉及到磁场的上下震荡最高幅度。如上图所示。磁场的方向有正负，所以如果电流在越过零点震荡，只考虑半周来和Bs或者Bmax比对即可。Bs,Bmax与特定材料有关。材料给出的最大Bmax,或者叫Bs是单向的。比如TDK的PC95:
从图中纵坐标明显可以读出Bs = Bmax = 400mT(特斯拉) = 4000G(高斯)
m是saturation，饱和的意思。
然后，因为系统的温升引发的磁导率下降，进而饱和磁感应强度下降。以及留出必要的余量。实际在进行设计时:
1.变压器磁场强度的选择原则Bw=1/2~1/3*Bs饱和磁通
dB【Bw,operating magnetic flux density】的选择，在功率电路中，一般不会超过饱和磁通的1/2，有些设计甚至会放宽到仅使用到1/3。这也是为什么，你看到的tdk的参考设计中，比如PQ-PQ系列，它的实验环境中，磁通强度都是取了饱和磁通的一半, 200mT.
示例1.高频变压器的设计方法及应用研究，今日财富2011,02
这里是按1/3选的。
示例2.开关电源使用的 磁芯, 美磁MAGNETICS
这里的2kGs = 2000高斯 = 200mT = 铁氧体的饱和磁场强度的1/2.
2.材质特性的对工作磁通裕度的影响
2.1 PC47, PC95的铁损随温度变化曲线
下面这张图出自Ferrite Materials for Power Transformer PC95, TDK,Yuji Sezai,Jul,2003
可以看到PC95的温升水平，在整个可能的工作温区都很平稳。这也是为什么在使用这种磁性材料时，人们敢于把磁通余量从2/3降低到1/2的原因。
2.2 磁通温升与工作频点的关系 - 意外的发现
注意2.1节中，坐标是线性坐标系，它更容易估算具体的可能温升。下图还是在双对数曲线中：
由温升曲线我们知道，100度时，PC44,PC95铁损近乎重合。然后，在60度，PC44的铁损近似为PC95的1.5倍。又由：【笔记】变压器-热损耗-频响曲线推导 - 04 额定功率处损耗特性-CSDN博客我们知道，铁氧体在100kHz频点，磁滞损耗占优势地位。依据铁损相对磁滞损耗和涡流损耗的经验公式，所以，结论：
在100kHz的很大的范围，铁氧体的铁损随频率的变化，近似一个线性关系。
铁损-频率这个线性关系的斜率，是多少呢？ 仍然可以参考上面那则笔记，我算出的值是：
1.PC95材质铁氧体材料，从100kHz处,频率每增加1%，铁损增加基准值的2%。
2.PC95材质PQ3535铁心，100kHz，200mT工作频点，60度，铁损值为6W
3.PQ3535频率在100kHz每提升1%，铁损增加0.12W