2014年第10期（总第109期）技术研究
经源与节站 ENERGYANDENERGYCONSERVATION
隔爆兼本安电源高频变压器的设计
田振东
（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西量城048006）
2014年10月
摘要：高频变压器作为隔爆兼本安电源的主要磁元件，其设计的优劣严重形响系统性能。采用面积泵积法即AP法，对高频变压器进行参数计算及型号选择，通过合理设计和损耗分析，验证了该设计有效降低了系统损耗，提高了工作效率。关键调：开关电源；高颊变压器；磁芯损耗；面积乘积
中图分类号：TD355
文献标识码：A
文章编号：2095-0802(2014)10-016202
DesignofHFTransformerinExplosion-proofandIntrinsicSafetyPowerSupply
TIAN Zhen-dong
(Jincheng Anthracite Coal Mining Group Co.; Ltd., Jincheng 048006, Shanxi, China)
Abstract: Highfrequency transformer is mainly magnetic component in explosionproof and intrinsic safety power supply, The pros and cons of its design seriously affect system performance, The area product method is adopted, that is AP method. The parameter calculations and model selection are done during the design of highfrequency transformer. Through rational design and
loss analysis, it has been verified that the design can reduce system losses and improve work efficiency. Key words: switching power supply; HF transformer; core losses; product of areas
0引言
开关电源是用电设备正常工作的动力和心脏，由于煤矿并下环境的特殊要求，矿并通信、监测、监控等用电源要求采用隔爆兼本质安全型开关电源1.2。在使用过程中，要求电源具有安全输出、可靠性高、体积小、重量轻、效率高等性能。在开关电源环节中，高频变压器是DC/DC变换器系统中重要的必不可少的磁元件，但没有现成品可以选择，必须自行设计。由于高频变压器设计过程所涉及的参数较多，例如，电压、电流、频率、变比、磁材料、损耗、能量及温度等参数，并目各个参数之间存在制约和依赖的关系，所以变压器设计的优劣对系统的性能和效率有着非常重要的影响4。因此设计性能优越的高频变压器在开
关电源环节显得尤为重要。 1设计要求
由于反激变换器的电路拓扑简单，输出与输入电气隔离，能高效提供多组直流输出，升降压范围宽，因此在中小功率场合得到广泛应用闯。本设计主电路
收稿日期：2014-07-31
作者筒介：田报东，1969年生，男，山西应县人，1994年毕业
于山西矿业学院矿山机电专业，工程师。·162·
采用单端单路反激式功率变换电路，其输入电压为交流单相180V~270V，波动10%，频率为50Hz。输出额定电压直流24V，最大输出电流2.5A。输出纹波
系数不大于0.5%，开关工作额率为50kHz。 2高频变压器的设计
高频变压器的设计包括：磁芯材料、磁芯结构、磁芯参数、线圈参数、组装结构和损耗校核。
高频变压器的设计和参数计算主要采用面积乘积 AP法进行设计，设计步骤如下：
a)选择磁芯材料，计算变压器的视在功率；b) 采用面积AP法，计算磁芯截面尺寸AP，根据AP值选择磁芯尺寸；c）计算原边和副边电感量及匝数；d) 计算空气隙的长度：e）根据电流密度和变压器原副边电流有效值求线径；f)计算铜损和铁损，验证允许损耗是否满足要求。
2.1选择磁芯材料计算变压器的视在功率
根据开关电源对磁芯材料的要求：具有高饱和磁通密度B,和低的剩余磁通密度B,、适中的磁导率、较高的居里温度、较低的功率损耗的特点，选用电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加工成各种形状的锰锌铁氧体磁芯。考虑以上因数选择日本TDK公司的 PC40材质。查PC40资料可知：B,=0.39T；B,=0.005T。磁通密度变化值AB为：