变压器输出功率和磁芯尺寸的关系

变压器输出功率和磁芯尺寸的关系

要使变压器输出更大的功率，我们希望在电压一定的情况下，圈数要尽可能的少、导线尽可能的粗。

这样才有利于提供较大的电流，输出更大的功率。前者需要较大的磁芯截面积，后者要求较大的磁芯窗口

面积。因此要获得较大的输出功率磁芯尺寸必须够大才行。

变压器初级绕组的圈数可用下式来算：

　　　　　N = k *10^5 * U /(f *Ae* Bmax )

　　　　　k 为最大导通时间与周期之比，通常取k=0.4；

　　　　　U 是初级绕组输入电压（V），（近似等于直流输入电压)；

　　　　　f 是变压器的工作频率（KHZ）；

　　　　　Ae 是磁芯的截面积（cm2）；

　　　　　Bmax 是允许的磁通密度最大变化幅度（G）。

　　因此，在一定电压下，增大截面积Ae、提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度Bmax，都有利于减少

圈数，提高输出功率。但是，磁芯的损耗（铁损）是按Bmax的2.7次幂和f的1.7次幂呈指数增长的，Bmax还

受磁芯饱和的限制。因此，提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度Bmax都是有限度的。大多数适合做开

关电源的铁氧体磁芯频率通常限制在10-50KHZ以内，Bmax限制在2000G（高斯）以内，一般取Bmax=1600G较

为合适。因此，功率主要靠磁芯截面积Ae、其次靠工作频率f控制。

　　但必须明确的是，这种控制关系是间接的而不是直接的，Ae加大和f提高只是表示对同样的电压，允许

绕的圈数更少，只有实际把圈数减少了才能提高功率。如果在同样材料的一个大磁芯和一个小磁芯上，用

一样的导线绕同样的圈数，对同样的输入电压输出功率是基本相同的。同样，如果一个做好的变压器，仅

仅靠改变工作频率，也是不会使输出功率提高的。

　　联想到楼主张伟明的问题，因为变压器已经做好，所以我建议提高输入电压来提高功率；如果从变压

器入手的话，可以尝试把导线适当加粗，同时把频率提高一些，以允许圈数能有所减少，这样就可加大输

出功率。

　　导线加粗受到磁芯窗口面积Ac限制。用截面积为Ad的导线绕N圈，占用的窗口面积为：

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

　　设，初级绕组窗口占用系数为Sn =Awc / Ac， Ad用电流I（有效值）和允许的电流密度J表示为

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

　　则上式可写成：Ac* Sn = k * U *I*10^3 / ( f *Ae* Bmax * J)

　　或，U*I = Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3 / k

　　因为输入功率等于输入电压U与电流平均值k*Ip的乘积，而电流有效值I与峰值Ip的关系为

　　Ip= 1.58*I，所以输入功率Pi = 1.58*k*U*I = 1.58*Sn * Bmax * J * f *Ae* Ac * 10^-3

　　再乘上效率Ef就得到最大输出功率的表达式

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

　　可见，功率除了和上面那些有利于圈数减少的因素成正比之外，还与允许导线加粗的Ac、Sn以及电流

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，再考虑到不同电路形式的

绕组结构不同，故常用下式来估算磁芯的最大输出功率：Po = m * f * Ae * Ac

　　推挽电路m=3.2，单端正激电路m=1.6，半桥和全桥m=4.48

　　电视机行输出变压器常用的三种U型磁芯，U12、U16、U18的Ae与Ac乘积分别为6.12、14.9、30.4（平

方厘米），如果频率取f=20KHZ，采用推挽电路，则可算得这三种磁芯可提供的最大输出功率为：

　　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

　　这种U型磁芯窗口面积很大适合高压大功率的场合，但磁路较长，初、次级耦合度较差，漏感大。再次

强调，算出的最大功率只是说明该磁芯的能力，大材小用可以，小材大用就不行了。