基于传输线变压器的多载波功率放大器设计

　第３４卷第１２期　２

０１１年１２月合肥工业大学学报

（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＦＥＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３４Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．２０１１　

收稿日期：２０１１－０３－

１８基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０６７２１２０）；安徽省优秀青年科技基金资助项目（１００４０６０６Ｙ０９

）和安徽省自然科学基金资助项目（０９０４１２０４１）作者简介：窦建华（１９５４－），女，山东青岛人，合肥工业大学副教授，硕士生导师；杨学志（１９７０－）

，男，安徽合肥人，博士，合肥工业大学教授，硕士生导师．Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１１．１２．０１７基于传输线变压器的多载波功率放大器设计

窦建华，　苏　州，　杨学志，　吴永忠

（合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥　２３０００９

）摘　要：文章设计了一种用于多载波广播发射的线性功率放大器，其功放管选用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的增强型ＬＤ－ＭＯＳ功率场效应管ＭＲＦ６ＶＰ２６００Ｈ；利用同轴线结构的传输线变压器（ＴＬＴｓ）与集总元件结合实现了高效的阻抗匹配；测试结果显示在８８～１０８ＭＨｚ频段内的功率增益大于２０ｄＢ，三阶交调－２０ｄＢｃ，满足前馈系统中主功放的设计指标。

关键词：线性；传输线变压器；功率放大器

中图分类号：ＴＮ７２２．７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５０６０（２０１１）１２－１８２７－

０４Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ－ｃａｒｒｉｅｒ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐ

ｌｉｆｉｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏａｘｉａｌ　ｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＤＯＵ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ，　ＳＵ　Ｚｈｏｕ，　ＹＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｚｈｉ，　ＷＵ　Ｙｏｎｇ－ｚｈｏｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｌｉｎｅａｒ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉ－ｃａｒｒｉｅｒ　ｂｒｏａｄｃａｓｔ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ’ｓ　ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ　ＬＤＭＯＳ　ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ＭＲＦ６ＶＰ２６００Ｈｗａｓ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｍｐ

ｅｄａｎｃｅ　ｍａｔｃｈｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｂｙ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｃｏａｘｉａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ（ＴＬＴｓ）ａｎｄ　ｌｕｍｐｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｍｅａｓ－ｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

ｂａｎｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ８８ＭＨｚ　ａｎｄ　１０８ＭＨｚ　ｈａｓ　ａ　ｐｏｗｅｒ　ｇａｉｎ　ｏｆ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　２０ｄＢ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｏｆ－２０ｄＢｃ，ａｎｄｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｐｏ　ｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ　ｓｙ

ｓｔｅｍ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒｉｔｙ；ｃｏａｘｉａｌ　ｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ 射频功率放大器是无线发射机的重要部件，

多载波广播发射系统要求功率放大器具有足够的增益、带宽和较高的线性度。前馈线性化技术可以在不损失电路增益和带宽的前提下抑制主功放

产生的非线性失真［１］

，其前馈技术原理如图１所

示。系统中，主功率放大器除了需要具备较高的增益和效率外，还要研究前馈环路中幅值和相位的匹配问题。

在现代射频功率放大器设计中，利用厂家给出的晶体管大信号模型，在ＡＤＳ软件下作负载牵引仿真，得到最优输入输出阻抗，不必搭建复杂且严格的负载牵引系统。但是功率放大器工作在大信号状态下时，

输入阻抗和输出阻抗变换范围很

图１　前馈系统原理

大，宽带功放的匹配网络不能使用传统的ＬＣ匹配电路。实际功放管的源阻抗和负载阻抗中具有电抗的成分，

所以匹配电路中应包含２个部分，分别为抵消阻抗的虚部和对实部进行变换。当实部的变换比例较大时，可以使用传输线变压器实现宽带阻抗变换。

本文利用大信号非线性模型与负载牵引仿真，

确定最优负载阻抗与源阻抗，使用同轴线结构的传输线变压器与集总参数元件实现匹配电路，设计了多载波前馈系统中的主功率放大器。

１　传输线变压器

传统的磁耦合变压器结构简单，可实现高频频段的任意阻抗比变换，

但是功率容量受铁氧体磁芯材料限制，并且绕组间的寄生电容和漏电感对变压器的高频性能影响较大，

限制了其带宽。而传输线变压器中功率传输以传输线模式进行，因此功率容量取决于传输线而不是磁芯，可实现若干个倍频程内的阻抗变换。

常用的传输线变压器结构有平行线、同轴线和双绞线结构，

本设计使用同轴线结构的传输线变压器实现甚高频段的大功率宽带阻抗匹配。同轴线的结构与等效图如图２所示，其中ａａ′为同轴线内导体，ｂｂ′为同轴线外导体。信号在同轴线中传输时，内外导体中的电流幅度相等，相位相反；内外导体上电压幅度和相位均相等。传输线按照不同的结构连接，可以实现特定阻抗比的传输线变压

器［

２

］。本设计使用图３所示的４∶１同轴线巴伦，实现了非平衡端到平衡端４∶１的阻抗变换

。

图２　

同轴线的结构与等效图

图３　４∶１同轴线巴伦

传输线变压器的低频特性主要依赖于同轴线外导体的等效电感，高频特性取决于同轴线的长度。此外，同轴线的特征阻抗最优值应为阻抗变换器两端阻抗的几何平均值，即Ｚｏｐ

ｔ＝ＺＧＺ槡Ｌ，但实际应用的同轴线特征阻抗基本为５０Ω或７５Ω，使用非最佳传输线特征阻抗会引起低频带宽减小，可以在输入匹配端的阻抗变换器上添加铁氧体来弥

补［３

］。４∶１阻抗变换器的插入损耗为［４］：ＩＬ＝１６Ｚ２Ｌ（１＋ｃｏｓβｌ）２

４Ｚ２Ｌ（１＋３ｃｏｓβｌ）２

＋４Ｚ２Ｌ＋Ｚ２０Ｚ０

ｓｉｎβ［］

ｌ２

，其中，Ｚ０为同轴线的特征阻抗；ＺＬ为阻抗变换器低阻抗端的阻抗；ｌ与β分别为同轴线的长度与相位常数，

插入损耗与同轴线长度的关系如图４所示。由图４可以看出，同轴线长度不宜超过最高

工作频率处波长的１／８。

图４　插入损耗与同轴线长度的关系

２　功率放大器的设计与分析

２．１　器件选择与直流偏置

为了达到较高的增益，功放管选用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的增强型ＬＤＭＯＳ功率场效应管

ＭＲＦ６ＶＰ２６００Ｈ，工作频率为１０～２５０ＭＨｚ，Ｐ１ｄＢ为５３．３ｄＢｍ，功率增益Ｇ１ｄＢ为２

５．３ｄＢ。功率放大器的工作状态对线性特性的影响较大，当栅源偏置电压与夹断电压接近时，功率放大器工作在高效率模式下，线性度很差。因此，为了兼顾效率与线性的关系，本设计采用推挽结构并使功放管工作在ＡＢ类状态，

可使三阶互调失真改善１０ｄＢ以上［５］

。

２．２　负载牵引仿真

负载牵引仿真是使用软件对功放管的大信号非线性模型，计算出输出功率随负载阻抗的变化曲线。在直流偏置确定的前提下，对特定的测量频率和功率，计算出对应的复阻抗，这些阻抗在Ｓｍｉｔｈ阻抗圆内构成一个封闭曲线，

不同的测量功率对应不同的曲线，

从而得到一系列负载阻抗８

２８１ 合肥工业大学学报（自然科学版）第３４卷　

曲线。图５所示为利用ＡＤＳ软件得到的负载牵引仿真结果，

细线表示等输出功率圆，随着测量功率的增加，曲线收缩到输出阻抗为１３＋ｊ１７．８的点，

该阻抗即是功率放大器输出最大功率所需要的最佳负载阻抗，图５中的粗线表示等附加效率圆

。

图５　负载牵引仿真结果

根据已确定的输出阻抗，对功放管做源牵引仿真，得到最佳输入阻抗，然后根据最佳输出阻抗

和输入阻抗设计匹配电路［

６］

。２．３　匹配电路

采用同轴线结构的匹配电路，如图６所示

。

图６　同轴阻抗变换器实现的匹配网络

对窄带大信号状态下功放管做负载牵引仿真，得到最佳阻抗是Ｓｍｉｔｈ圆图上的一个点，但是宽带功放则对应Ｓｍｉｔｈ圆图上的一个区域，输入输出阻抗在几欧姆至十几欧姆范围内变化。通过设计同轴线的电长度，使之在低频处与功放管的输入输出阻抗匹配。频率升高时，并联电容和同轴线外导体的等效电感构成π型匹配网络，

使高频阻抗降低，从而在高频率处与器件相匹配［

７－８

］。在实际电路的制作过程中，输入端的传输线变压器增加了铁氧体，以改善传输线变压器的低频特性。而输出端由于功率较大，铁氧体造成的功率损失也大，

不使用铁氧体。此外，匹配电路中的电感选用高Ｑ值的空心电感，以减小匹配电路的损耗。２．４　保护电路

保护电路是射频功放系统必不可少的一部分，过流保护电路采用高压侧电流检测放大器ＬＴＣ６１０１，

将电流在检测电阻上产生的小差分信号放大，输出电压信号经Ａ／Ｄ采样到控制器，

控制功放的工作状态。驻波保护电路［

９］

使用双向定向耦合器ＩＰＰ８０４５和双通道真有效值对数检波管ＡＤ８３６４，实现入射波与反射波的功率检测，如图７所示，入射功率和反射功率由耦合器取出，经衰减器进入检波管，输出的２路电压信号通过ＡＤ８３６４内部的减法电路后，输出Ｖｏｕｔ到控制器。

Ｖｏｕｔ与反射系数Γ的关系式为：

Ｖｏｕｔ＝０．５ｌｇ１０Ｄ／１０

＋Γ２

１０Ｄ１０

Γ２＋１

（１

）其中，Ｄ为双向定向耦合器的方向性，本设计Ｄ的参数为２０。根据（１）式，由反射系数求出控制电路的基准电平，当检测到Ｖｏｕｔ小于基准电平时，

降低功放输入或关闭功放

。

图７　驻波保护电路

３　测 试

使用功率源、功率计和频谱仪对功放进行测试，电源电压４８Ｖ，输入功率０ｄＢ时，

频率从８０～１２０ＭＨｚ范围内变化。为测试功放线性度，

使用双音信号，输入频率分别为８８ＭＨｚ和９６．６ＭＨｚ，图８所示为输出功率为２０ｄＢ时的双音测试结果

。

图８　双音测试结果

由测试结果可知，在工作频段内功率增益大

（下转第１９２０页）

９

２８１　第１

２期窦建华，等：基于传输线变压器的多载波功率放大器设计

７／６，ｒ（３）＝１３／１５。

由于ｒ（ｘｉ）

≠０，按定理３方法可得：ｒ（ｘ）＝

１４ｘ３

－３５ｘ２

－３１１ｘ－１３（－１

４９ｘ＋１１２），故有：

Ｒ（ｘ）＝

ｘ（１４ｘ３

－３５ｘ２

－３１１ｘ－１）３－１

４９ｘ＋１１２，直接验证可知Ｒ（ｘｉ）＝ｆ（ｘｉ）

，ｉ＝０，１，２，３，４，５。本文对有理插值问题（１）式和（２）式，采用降维方法减少数据点个数，利用数据中函数值先作多项式插值从而构造有理插值函数。在实际问题所给的数据中，函数值相等的情形较多，且要求构造的有理插值函数次数类型较低，因此本文给出的结论与方法具有实际应用价值。

［参　考　文　献］

［１］　王仁宏，

朱功勤．有理函数逼近及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４：５４－１１６．

［２］　Ｚｈｕ　Ｘｉａｏｌｉｎ，Ｚｈｕ　Ｇｏｎｇｑｉｎｇ．Ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　

ｆｉｎｄｉｎｇｔｈｅ　ｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｎｔｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｏｍ－ｐｕｔ　Ａｐｐ

ｌ　Ｍａｔｈ，２００２，１４８：３４１－３４８．［３］　Ｐｏｌｅｚｚｉ　Ｍ，Ｒａｎｇａ　Ａ　Ｓ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ　ｖａｌｕｅｓ　ａｎｄ　ｂａｒｙ

－ｃｅｎｔｒｉｃ　ｗｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｎｔｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｏｍｐｕｔ　ＡｐｐｌＭａｔｈ

，２００７，２００：５７６－５９０．［４］　孙梅兰，

朱功勤．构造低次有理插值函数的一种方法［Ｊ］．大学数学，２００６，２２（５）：８１－８７．

［５］　朱晓临．

（向量）有理函数插值的研究及其应用［Ｄ］．合肥：中国科学技术大学，２００２．

［６］　Ｂｅｒｒｕｔ　Ｊ　Ｐ．Ａ　ｍａｔｒｉｘ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　

ｌｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｂａｒｙｃｅｎｔｒｉｃ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｎｔｓ［Ｊ］．Ｎｕｍ－ｅｒ　Ａｌｇ

ｏｒｉｔｈｍｓ，２０００，２４：１７－２９．［７］　Ｂｅｒｒｕｔ　Ｊ　Ｐ，Ｔｒｅｆｅｔｈｅｎ　Ｌ　Ｎ．Ｂａｒｙｃｅｎｔｒｉｃ　Ｌａｇｒａｎｇｅ　ｉｎｔｅｒｐ

ｏｌａ－ｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳＩＡＭ　Ｒｅｖ，２００４，４６：５０１－５１７．

［８］　Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ　Ｃ，Ｗｅｒｎｅｒ　Ｗ．Ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ａｓｐ

ｅｃｔｓ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｒ－ｐｏｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｔｈ　Ｃｏｍｐ

，１９８６，４７：２８５－２９９．［９］　李慷慨，

朱晓临，李　勇，等．对含有不可达点的有理插值函数的研究［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２０１０，３３（６）：９２２－９２４．

（责任编辑　张秋娟）

（上接第１８２９页）

于２０ｄＢ，增益平坦度±１ｄＢ，三阶交调抑制－２０ｄＢｃ

，满足多载波前馈系统中对主功放的增益和线性度要求。

单音信号测试结果见表１所列。

表１　８８～１０８ＭＨｚ输出功率

频率／ＭＨｚ　

８８　

９２　

９６　

１００　１０４　１

０８输出功率／ｄＢ　

２０．４　２０．１　２０．３　２０．５　２０．１　２

０．２４　结束语

多载波前馈系统中的主功率放大器除了具备宽频带、高增益和较高的效率之外，还要确保较好的线性度和增益平坦度。本设计采用推挽结构，同轴阻抗变换器结合集总元件共同实现阻抗匹配，实现了１００Ｗ功率输出的高线性度功率放大器，满足系统要求。

［参　考　文　献］

［１］　Ｌｅｅ　Ｈ　Ｓ，Ｐｏｌｌａｒｄ　Ｒ　Ｄ．Ａ　ｈｉｇｈ　ｌｉｎｅａｒｉｔｙ　

ａｎｄ　ｗｉｄｅ　ｂａｎｄ　ｆｅｅｄ－ｆｏｒｗａｒｄ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｄｅｓｉｇ

ｎ［Ｃ］／／Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２５ｔｈＥｕｒｏｐ

ｅａｎ，１９９５：６６８－６７２．［２］　Ｒｏｔｈｏｌｚ　Ｅ．Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ－ｌｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ－

ａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１９８１，２９（４）：３２７－３３１．

［３］　Ｔｒａｓｋ　Ｃ．Ａ　ｔｕｔｏｒｉａｌ　ｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　

ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ［Ｒ］．Ｓｏｎｏｒａｎ　Ｒａｄｉｏ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５．［４］　Ｒｕｔｈｒｏｆｆ　Ｃ　Ｌ．Ｓｏｍｅ　ｂｒｏａｄ－ｂａｎｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄ－

ｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９５９，４７：１３３７－１３４２．

［５］　Ｇｒｅｂｅｎｎｉｋｏｖ　

Ａ．射频与微波功率放大器设计［Ｍ］．张玉兴，赵宏飞，译．北京：电子工业出版社，２００６：１６０－１６５．［６］　郑建彬，

孟庆鼐，魏启辅．微波功率放大器的小信号Ｓ参数设计方法［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２００５，２８（６）：５８８－５９１．

［７］　Ｇｅｎｔｚｌｅｒ　Ｃ　Ｇ，Ｌｅｏｎｇ　

Ｓ　Ｋ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ＶＨＦ／ＵＨＦ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｄｅｓｉｇｎ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏａｘｉａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｅｌｅｃ－ｔｒｏｎｉｃｓ，２００３，２（３）：４２－５１．

［８］　Ｓａｈａｎ　Ｎ，Ｉｎａｌ　Ｍ　Ｅ．Ｈｉｇｈ－ｐ

ｏｗｅｒ　２０～１００ＭＨｚ　ｌｉｎｅａｒ　ａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２００８，５６（９）：２０３２－２０３９．

［９］　杨　霖．

利用对数检波器实现射频功放过驻波保护［Ｊ］．电子产品世界，２００８（１２）：３６－３８．

（责任编辑　张秋娟）

０

２９１ 合肥工业大学学报（自然科学版）第３４卷　

传输线变压器设计

传输线变压器设计 设计要求 传输线变压器和其他元器件一样,其设计的依据是用户提出的技术要求,然而,如果用户对传输线变压器缺乏一定的了解,那么要提出合理的技术要求是困难的.为此,在介绍设计方法之前有必要先对变压器的技术要求作一些说明. 在一般情况下,电子变压器的技术要求应包含这样一些内容:输入和输出阻抗的大小,馈电方式,与讯号有关的内容(例如频率范围,功率容量,脉冲波还是连续波)负载的特点,允许的波形或幅度和相位的变化程度以及允许的失配程度等.现分述如下: 输入和输出阻抗 在变压器的技术要求中,如果仅仅提阻抗比的要求是不够的,必须具体指明输入阻抗和输出阻抗的大小.因为对于一定的阻抗比,例如1:4,可以是50欧姆与200欧姆之比,等等.而在传输线变压器中,所用传输线最佳特性阻抗与具体的阻抗变换有关,即与输入阻抗和输出阻抗的大小有关.对于50欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳特性阻抗为100欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳的特性阻抗为100欧姆.而对于75欧姆与300欧姆的变换,传输线最佳阻抗为150欧姆.另外,为了确定变压器磁化电感的大小,还必须知道输入阻抗或输出阻抗,国在磁化电感的大小是与输入阻抗或输阻抗成正比的.例如,有两个变压器,在其它的条件相同的情况下,一个变压器的阻抗比为12.5欧姆/50欧姆,另一个变压器的阻抗比为125欧姆/500欧姆,虽然都是1:4的阻抗变压器,然而它们所要求的磁化电感却有很大的差别,后都是前都的10倍.一个变变压器性能的好坏在很大程度上取决于所要求的磁化电感的大小,传输线特性阻抗与最佳特性阻抗之比,因此,设计变压器的大小,首先要明确阻抗变换是从多少欧姆变到多少欧姆,例如,在晶体管电路中用于级间耦合的变压器,必须知道前级的输出阻抗和后一级的输入阻抗,短波通讯中的发射机与天线之间的匹配变压器,就应当知道发射机的输出阻抗和天线(或馈线)的输入阻抗. 极性变换 极性变换本身可看作是广义的阻抗变换,因为它也是使两个不同的网络间匹配的一种手段.变压器极性变换一般有四种:全相变换,不平衡-不平衡变换,不平衡-平衡变换以及平衡-平衡变换.对于一定的阻抗变换,当所要求的极性变换形式不同时,刚变换电路和传输线的最佳特性阻抗就不完全相同.例如,1:4不平衡-不平衡变换,一般采用双线传输线变换电路,而1:4不平衡-平衡变换,一般采用成对双线传输线变换电路或三线传输线1:4变换电路.因此,在变压器的技术要求中除说明输入端和输出端的阻抗以外,还应指明输入和输出端的极性(即馈电方式). 负载的特点

开关电源变压器设计

开关电源变压器设计 1. 前言 2. 变压器设计原则 3. 系统输入规格 4. 变压器设计步骤 4.1选择开关管和输出整流二极管 4.2计算变压器匝比 4.3确定最低输入电压和最大占空比 4.4反激变换器的工作过程分析 4.5计算初级临界电流均值和峰值 4.6计算变压器初级电感量 4.7选择变压器磁芯 4.8计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度 4.9满载时峰值电流 4.10 最大工作磁芯密度Bmax 4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值 4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率 4.13 计算绕组的铜损 4.14 变压器绕线结构及工艺 5. 实例设计—12WFlyback变压器设计 1. 前言 ◆反激变换器优点： 电路结构简单 成本低廉 容易得到多路输出 应用广泛，比较适合100W以下的小功率电源 ◆设计难点 变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化 低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式( CCM ) 高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式( DCM ) 2. 变压器设计原则 ◆温升 安规对变压器温升有严格的规定。Class A的绝对温度不超过90°C； Class B不能超过110°C。因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必须遵循的准则。 ◆成本

开关电源设计中，成本是主要的考虑因素，而变压器又是电源系统的重要组成部分，因此如何将变压器的价格，体积和品质最优化，是开关电源设计者努力的方向。 3. 系统输入规格 输入电压：Vacmin~ Vacmax 输入频率：f L 输出电压：V o 输出电流：I o 工作频率：f S 输出功率：P o 预估效率：η 最大温升：40℃ 4.0变压器设计步骤 4.1选择开关管和输出整流二极管 开关管MOSFET:耐压值为V mos 输出二极管:肖特基二极管 最大反向电压V D 正向导通压降为V F 4.2计算变压器匝比 考虑开关器件电压应力的余量(Typ.=20%) 开关ON：0.8·V D > V in max / N+V o 开关OFF ：0.8·V MOS > N·(V o+V F) + V in max 匝比：N min < N < N max 4.3确定最低输入电压和最大占空比

宽带RF阻抗变压器的设计

宽带RF阻抗变压器的设计 阻抗匹配器件常常用于高频电路中，一般用来匹配元器件的阻抗和电路或系统的特性阻抗。在某些电路中，希望阻抗匹配能够实现多个八度音阶频率覆盖范围，同时插损很低。为了帮助阻抗变压器设计人员，本文对阻抗比为1:4的不平衡到不平衡(unun)宽带阻抗变压器的设计进行了探讨。这种变压器在无线通信系统(一般是混合电路、信号合分路器)中很有用，对放大器链路的级间耦合也很有益。 这种宽带unun阻抗变压器对测试电路、光接收器系统、带宽带阻抗匹配的微波电路，以及天线耦合也很有用。可用于高频电路设计及仿真的现代计算程序在自己的工具箱里就收纳了这种器件。宽带unun阻抗变压器包含了一个缠绕了双绞传输线的环形铁氧体磁芯，绕线间通过釉质膜隔离。结合常规传输线阻抗变压器的设计元件，有可能建立起一个真正的宽带组件。对1:4阻抗转换比而言，这种设计方式可提供很高的效率。 本帖包含图片: 这里：Pg=源的最大可用功率、Pc=负载功率、Rg=源阻抗、Xm=磁抗。最后这个参数可通过下式由工作频率f和磁芯的磁化电感Lm求得：

本帖包含图片: 把该参数带入对应的磁抗公式中，再将计算结果带入插损公式中，即可求得变压器的低端截止频率。因此： 本帖包含图片: 传输线变压器初级线圈和次级线圈之间的电耦合增强了高频能量的转移。图3所示为一个传输线1:4 unun变压器的高频模型，鉴于其长度很短，没有考虑损耗。在这种理想模型中，源和负载阻抗都假设是纯电阻性的。该高频模型响应也由它的插损来确定。此外，源功率和二次负载功率间的比率为： 本帖包含图片:

由公式5可看出，要获得良好的宽带高频响应，Zo值的优化十分重要。对二分之一波长(λ/2)的传输线长度，能量转移是无效的，并比四分之一波长(λ/4)长度的传输线的最大值小1dB。由此可看出，传输线的长度越短，其高频响应的带宽越大。对最大功率传输而言，最佳传输线特性阻抗和负载阻抗分别为 本帖包含图片: 本帖包含图片: 源和负载阻抗之间必需有1:4的转换以实现阻抗匹配。因此，传输线特性阻抗和源及负载阻抗之间的关系可表示为：本帖包含图片:

开关电源变压器参数设计步骤详解

开关电源高频变压器设计步骤 步骤1确定开关电源的基本参数 1交流输入电压最小值u min 2交流输入电压最大值u max 3电网频率F l开关频率f 4输出电压V O（V）：已知 5输出功率P O（W）：已知 6电源效率η：一般取80％ 7损耗分配系数Z：Z表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0表示全部损耗发生在初级，Z=1表示发生在次级。一般取Z=0.5 步骤2根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB 步骤3根据u，P O值确定输入滤波电容C IN、直流输入电压最小值V Imin 1令整流桥的响应时间tc=3ms 2根据u，查处C IN值 3得到V imin 确定C IN,V Imin值 u(V)P O(W)比例系数(μF/W)C IN(μF)V Imin(V) 固定输 已知2~3(2~3)×P O≥90 入:100/115 步骤4根据u，确通用输入:85~265已知2~3(2~3)×P O≥90 定V OR、V B 固定输入:230±35已知1P O≥240 1根据u由表查出V OR、V B值

2 由V B 值来选择TVS 步骤5根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比 Dmax V OR Dmax= ×100％ V OR +V Imin －V DS(ON) 1设定MOSFET 的导通电压V DS(ON) 2 应在u=umin 时确定Dmax 值，Dmax 随u 升高而减小 步骤6确定初级纹波电流I R 与初级峰值电流I P 的比值K RP ，K RP =I R /I P u(V) K RP 最小值(连续模式)最大值(不连续模式) 固定输入:100/1150.41通用输入:85~2650.441固定输入:230±35 0.6 1 步骤7确定初级波形的参数 ①输入电流的平均值I AVG P O I A VG= ηV Imin ②初级峰值电流I P I A VG I P = (1－0.5K RP )×Dmax ③初级脉动电流I R u(V) 初级感应电压V OR (V)钳位二极管反向击穿电压V B (V) 固定输入:100/115 6090通用输入:85~265135200固定输入:230±35 135 200

变压器的设计实例

摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 PCbfans提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率f=38kHz； 变换器输入直流电压Ui=310V； 1

变换器输出直流电压Ub=14.7V； 输出电流Io=25A； 工作脉冲占空度D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应强度虽然高，但在假定测试频率和整个磁通密度测试范围内，它们呈现铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率制约，它们也不宜采用。虽然铁氧体材料损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状铁芯。对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成变压器是最符合其要求，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。所以，综合来考虑，变换器变压器磁芯选择功率铁氧体材料，E-E型。 2.2 工作磁感应强度确定 工作磁感应强度Bm是开关电源变压器设计中一个重要指标，它与磁芯结构形式、材料性能、工作频率及输出功率因素有关关。若工作磁感应强度选择太低，则变压器体积重量增加，匝数增加，分布参数性能恶化；若工作磁感应强度选择过高，则变压器温升高，磁芯容易饱和，工作状态不稳定。一般情况下，开关电源变压器Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些，对于铁氧体材料，工作磁感应强度选取一般在0.16T 到0.3T之间。在本设计中，根据特定工作频率、温升、工作环境等因素，把工作磁感应强度定在0.2 T。 3 变压器主要设计参数计算 3.1 变压器计算功率 开关电源变压器工作时对磁芯所需功率容量即为变压器计算功率，其大小取决于变压器输出功率和整流电路形式。变换器输出电路为全波整流，因此 2

传输线巴伦的原理设计、制作及测试

传输线平衡器（巴伦）的原理、设计、制作及测试 一、平衡器（巴伦）的由来 平衡器即Balancing Device，其主要作用是完成由单端传输（如：同轴线、微带线等）变换为差分传输（如：半波振子天线，推挽电路等）之间的变换，又称为平衡-不平衡变换器即Balance-Unbalance，英文将其合并缩写成一个新词Balun，音译为巴伦。以下文中所提到的平衡器、平衡-不平衡变换器、巴伦，都是指这一类器件。 巴伦在无线电中有着广泛的用途，由于其原理结构多种多样，并且可以互相组合，使得许多朋友在自制巴伦时有无从下手的感觉，哪种结构适合？如何选择材料？如何计算制作参数？如何衡量巴伦的性能？对于我们业余爱好者，主要就是用在天线的馈电和高频功放中，完成平衡-不平衡及阻抗变换的作用，工作在短波1.8MHZ~30MHZ，并要求取材和制作容易。结合我对巴伦的认识理解，认为传输线结构的巴伦，更适合短波通信，其性能好、取材方便、制作容易，但其理论不易理解，造成很多朋友将其搞成了磁耦合变压器结构，出现频带窄、功率容量小、驻波不平坦的问题，结果当然达不到传输线变换器的效果。下面就我个人对传输线变换器的粗浅理解，简单描述一下做巴伦的情况，如需要更深入的了解可以参考有关文献资料，有不当之处，还请各位前辈指正，谢谢！

二、传输线平衡器（巴伦）的简单原理 平衡器有很多种，按平衡条件可以分为四大类：扼流式（扼制不平衡电流）、对称式（对地阻抗平衡）、倒相式（电压倒相）、磁耦合式（电流共扼）。我这里主要描述一下基于传输线变换器的平衡-不平衡变换，同时具备阻抗变换作用的巴伦，兼有扼流式和磁耦合式的特征。

传输线变压器

传输线阻抗变换器又称为传输线变压器，它以传输线绕制在磁芯上而得名。这种阻抗变换器兼备了集总参数变压器和传输线的优点，因而可以做得体积小、功率容量大、工作频带相当宽(f max：f min>10)。它除具有阻抗变换作用外，采用适当的连接方式还可以完成平衡一平衡、不平衡一不平衡、平衡一不平衡、不平衡一平衡的转换，在长、中、短波及超短波波段获得了广泛的应用。 基本类型的传输线变压器阻抗变换比为1：N2或N2：1，N为整数。通常是用一对双线传输线或扭纹的三线传输线绕在一个磁芯上，或是用两对传输线分别绕在两个磁芯上，经过适当的连接得到不同阻抗变换比的平衡或不平衡输出的阻抗变换器，其工作原理基本相同，本节只对典型的传输线变压器进行分析。 一、1：1不平衡一平衡传输线变压器 图6—22为1：1不平衡一平衡传输线变压器的结构示意图，它是将一对传输线绕制在一个适当型号的磁芯上而构成。为改善低频端特性，有时又增加一个平衡绕组，如图中的“5—6”绕组。图6—23为其原理图。 设传输线特性阻抗为Z C，其输出端接负载阻抗R L，输入端接信号源(E为电动势，R g 为内阻)。V l、I1和V2、I2分别表示输入和输出端复数电压、电流。令负载开路时的初级阻抗以Z p(ω)表示，此时，绕组AO’中的电流为 称为激磁电流或磁化电流。 在有载的情况下，由于“1—2”和“3—4”是一对紧耦合的平衡传输线，因此，“3—4”线将通过与“1—2”线的耦合从电源获取电流。若耦合电流为I C，则由传输线方程可得

其中，l为传输线长度，β为相位常数。因为电源输出电流I1，是激磁电流I P，与耦合电流I C之和，故有I C＝I1－I P。 由以上关系式，可以求出V l、I1和V2、I2的方程式为 其中

变压器设计技术问题分析

变压器设计技术问题分析 发表时间：2018-10-14T11:56:56.537Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：丁彦鹏 [导读] 摘要：变压器将位于后面部分，所以它也被称为后室;一般来说，高低压室放在前面，所以又称前室，这三种类型的组合就是组合变压器。 （山东泰开变压器有限公司山东泰安 271200） 摘要：变压器将位于后面部分，所以它也被称为后室;一般来说，高低压室放在前面，所以又称前室，这三种类型的组合就是组合变压器。组合式变压器结构紧凑、放置方便、体积小、使用简单、整体绝缘、密封性好等优点明显。此外，它可以深入到电力系统负荷相对集中的地方。组合式变压器由于其明显的优点，也广泛应用于工业园区、住宅区、商业中心和高层建筑。 关键词：组合变压器；高压系统；低压系统；设计； 1 电力变压器发生火灾的原因与危险性分析 1.1 事故的原因。变压器事故的原因有很多。如果不能有效地管理变压器，火灾将对变压器主机和整个电力系统造成不可弥补的损失。变压器在电力系统中扮演着重要的角色，电力企业必须加强对变压器的安全管理，分析变压器起火的原因，从源头上消除火灾隐患。通过大量的实践研究,发现油浸式电力变压器火灾事故的主要原因如下:首先,在变压器线圈的绝缘层受损,导致电路中通过的电流短路,从而导致线圈加热或燃烧;其次，变压器内部线圈的一些关键部件接触不良，导致变压器内部产生火花，导致变压器内部发生爆炸事故。 1．2 变压器火灾风险分析。变压器在发生故障时,将使整个电力系统链接的交付不能完成居民用电和行业有不同程度的影响,因此,电力企业必须重视电力传输线变压器与安全管理的过程中,避免变压器故障造成整个分配电力系统瘫痪。目前，国内一些重要变电站都配备了相应的变压器管理人员。变压器位置因变压器故障发生重大火灾，可能危及电力工作人员人身安全，对周围环境造成一定影响。 2 变压器设计 在组合变压器的设计中，油浸变压器的设计方法与普通变压器非常相似。核心材料可以由低碳硅铁软磁合金，也称为硅钢，或非晶合金制成。如结构为铁芯，则可选择叠层，或可选择轧制铁芯;当选择缠绕材料时，可以选择箔线或铜线。在变压器设计中，组合变压器连接时应注意群体。主要有三种连接方式:三角形连接、星形连接和之字形连接。 设置适当的电压。介质损耗通常是引起电压问题的主要原因，电压问题的出现会影响测试结果的可靠性，导致测试结果的泄漏。因此，在高压电气试验过程中，必须合理设置电压，以确保氧化层和介质处于正常工作状态。第一，应力对直流电阻测量的影响。如果双臂电桥的电压较低，就不会发生氧化膜的击穿，但会导致较大的电阻。如果桥压比较高，氧化膜就会被击穿，但这会降低电阻。第二，压力对电压对介电损耗测量的影响。如果测试电压处于不断增加的状态，氧化层就会融化，导致氧化层接触电阻减小，介质损耗减小。 2．系统严格遵循。在高压电气测试技术中，尤其是在测试过程中，严格按照系统要求进行相关测试是保证工作有序高效进行的关键。在高压电气测试中，由于现场的不确定性和恶劣的运行环境，测试工作的复杂性将会增加，这将增加工作人员的难度和工作的风险因素。因此，在测试过程中，尤其是在环境复杂、风险高的工作现场，员工应严格遵守施工制度。在测试过程中，有必要向负责人说明电源是否可以打开。测试工作必须得到负责人的许可才能开始。员工不能依靠经验来判断和操作。 3 低压系统的设计 3.1 选择主馈电开关。低压进口开关等电路开关靠近变压器，要求较高。的保护,如果有短路,在一般情况下,主入口开关主要是智能万能断路器的选择,可以有选择地保护工作和准确,避免突然停电,并确保电力本身的安全与稳定,这是广泛使用的。在选择断路器的额定电流值时，应根据低压侧的额定电流进行。尽量不要与变压器低压侧的额定电流不同。如果差值太大，断路器本身的保护功能就会降低。 3.2 选择分支开关。一般情况下，并联开关会选择塑壳断路器，在选择路径数和电流值时要考虑用户的实际需要。一般而言，并联出线有4 ~ 6个通道，电流在20 ~ 400a之间。由于负载不同，子开关的类型也不同，选择时要注意实际需要。 3.3 低压系统无功补偿设计。随着感应式电气设备种类和数量的不断增加，直接导致其功率因数的降低，导致变压器工作效率的下降。因此，组合变压器应补偿其无功功率，从而有效地提高其功率因数，从而提高其工作效率。组合变压器无功补偿方法通常是集中补偿的方法。一般来说，10% ~ 30%的变压器容量将得到补充。如果小于15kva，补偿时一次全量模切。如果超过此值，则选择自动分段模切模式。基于接触式开关的全自动分段开关无功补偿可分为非接触式和接触式。电容剪切由接触器控制。在进行电容剪切时，应根据功率因数来确定，因为接触器的吸力和频率较高。 4 高压系统的设计 4.1 设计高压系统的方法。高压系统,其布线技术主要包含三个,第一个环型网络,和这种连接方法与电源的位置线,一根电线从变压器的低压侧的位置,最后一个进线变压器或其他设备连接,从而提供电力变压器或其他设备运行;第二个是终端。该技术由两根电线组成，一根在电源位置，另一根在变压器低压侧。最后是终端双回路类型。这种方法是从电源位置馈线，从变压器低压侧送线。最后一根线是连接备用电源。当电源故障时，可及时使用备用电源为其运行提供电源支持。 4.2 选择高压系统负荷开关。组合变压器负荷开关主要分成两种，分别是四位置开关以及二位置开关。四位置开关包含了3种类型，分别是“T”型开关、“I”型开关以及“V”型开关。其中“V”型开关以及“T”型开关在环网型组合变压器中都能够适用，“V”型开关以及“T”型开关形式有两种，分别是600 A和200 A。并且负荷开关电流值数据是通过系统流通电流值得到的，可以说其是在环网总回路电流值上得到的。电流值的结果和变压器的大小没有关系。负荷开关在进行短路电流判断时，需要通过组合变压器安放地点本身的短路容量进行。短路容量本身便是一个定义比较单纯的计算量。若是负荷开关是200 A，那么其肘型电缆插头以及系统套管都是200 A的。而“I”型的负荷开关在终端双回路型组合变压器中比较适用。 4.3 高压熔断器的设计。当组合变压器受到保护时，插入的保险丝和备用保险丝串联起来。在突发性故障、过载和油箱温度过高的情况下，容易发生熔断。这种情况更有可能发生，因此保险丝的设计是插入的，这样它就可以在外面更换，减少麻烦，更容易操作。备用保险丝通常是变压器短路，当电流过高时，它就会熔断。这种情况发生的概率比较低，所以通常安装在变压器油箱中。在选择插入保险丝和备用保险丝时，要综合考虑其保护特性，并根据需要进行选择。 4.4 对高压系统负载开关进行了隔离设计。想在操作的过程中减少负荷开关切断变压器的额定负载电流的过程中中国共产党不稳定,负荷开关可以放置在一个小房子,然后把高燃点油在一个小房子,然后在正常的石油,这是能够运行某些情况下改善负荷开关变压器油老化造成的,

反击式开关电源变压器设计

反激式开关电源变压器的设计 反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数，如占空比D，最大峰值电流，设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小，对器件的磨损也尽量小。同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源的性能会有很大下降，如损耗会加大，最大输出功率也会有下降，下面我系统的说一下我算变压器的方法。 算变压器，就是要先选定一个工作点，在这个工作点上算，这个是最苛刻的一个点，这个点就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入85V到265V，输出5V，2A 的电源，开关频率是100KHZ。 第一步就是选定原边感应电压VOR，这个值是由自己来设定的，这个值就决定 了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压，是这样的，这要从下面看起，慢慢的来， 这是一个典型的单端反激式开关电源，大家再熟悉不过了，来分析一下一个工作周期，当开关管开通的时候，原边相当于一个电感，电感两端加上电压，其电流值不会突变，而线性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压，开关开通时间，和原边电感量．在开关管关断的时候，原边电感放电，电感电流又会下降，同样要尊守上面的公式定律，此时有下降了的Ｉ=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压，即放电电压，开关管关断时间，和电感量．在经过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来，不可能会变，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的，等于下降了的，懂吗，好懂吧，上式中可以用Ｄ来代替ＴＯＮ，用１－Ｄ来代替ＴOOF，移项可得，D=VOR/（VOR+VS）。此即是最大占空比了。比如说我设计的这个，我选定感应电压为80V，VS为90V ，则D=80/（*80+90）=0.47 第二步,确实原边电流波形的参数. 原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值，这个值是这样算的，电流平均值=输出功率/效率*VS，因为输出功率乘以效率就是输入功率，然后输入功率再除以输入电压就是输入电流，这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值，尖峰值是多少呢，这个我们自己还要设定一个参数，这个参数就是KRP，所谓KRP，就是指最大脉动电流和

24V电源变压器设计

24V电源变压器是低频变压器. 本文介绍的方法适合50Hz一千瓦以下普通交流变压器的设计. (1) 电源变压器的铁心 它一般采用硅钢片. 硅钢片越薄,功率损耗越小,效果越好.整个铁心是有许多硅钢片叠成的,每片之间要绝缘.买来的硅钢片, 表面有一层不导电的氧化膜, 有足够的绝缘能力.国产小功率变压器常用标准铁心片规格见后续文章. (2) 电源变压器的简易设计 设计一个 变压器,主要是根据电功率选择变压器铁心的截面积,计算初次级各线圈的圈数等.所谓铁心截面积Ｓ是指硅钢片中间舌的标准尺寸ａ和叠加起来的总厚度b的乘积.如果24V电源变压器的初级电压是U1,次级有n个组,各组电压分别是U21,U22,┅,U2n, 各组电流分别是I21,I22,┅,I2n,...计算步骤如下: 第一步,计算次级的功率P2.次级功率等于次级各组功率的和,也就是P2 =U21*I21+U22*I22+┅+U2n*I2n. 第二步, 计算变压器的功率P.算出P2后.考虑到变压器的效率是η,那么初级功率P1=P2/η,η一般在0.8～0.9之间.变压器的功率等于初,次级功率之和的一半,也就是P=(P1+P2)/2 第三步, 查铁心截面积Ｓ.根据变压器功率,由式(2.1)计算出铁心截面积S,并且从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格表中选择铁心片规格和叠厚. 第四步, 确定每伏圈数N.根据铁心截面积S和铁心的磁通密度B,由式(2.2)得到初级线圈的每伏圈数N.铁心的B值可以这样选取: 质量优良的硅钢片,取11000高斯;一般硅钢片,取10000高斯;铁片,取7000高斯.考到导线电阻的压降, 次级线圈每伏圈数N'应该比N增加5%～10%,也就是N'在1.05N～1.1N之间选取. 第五步,初次级线圈的计算.初级线圈N1=N*U1.次级线圈N21=N'*U21,N22=N'*U22 ┅,N2 =N'*U2n. 第六步, 查导线直径.根据各线圈的电流大小和选定的电流密度,由式(2.3)可以得到各组线圈的导线直径.一般24V电源变压器的电流密度可以选用3安/毫米2 第七步, 校核. 根据计算结果,算出线圈每层圈数和层数,再算出线圈的大小,看看窗口是否放得下.如果放不下,可以加大一号铁心,如果太空,可以减小一号铁心.采用国家标准GEI铁心,而且舌宽ａ和叠厚ｂ的比在1:1～1:1.7之间, 线圈是放得下的.各参数的计算公式如下: ln(S)=0.498*ln(P)+0.22 ┅(2.1) ln(N)=-0.494*ln(P)-0.317*ln(B)+6.439┅(2.2) ln(D)=0.503*ln(I)-0.221┅(2.3) 变量说明: P: 变压器的功率. 单位: 瓦(W) B: 硅钢片的工作磁通密度. 单位: 高斯(Gs) S: 铁心的截面积. 单位: 平方厘米(cm2） N: 线圈的每伏圈数. 单位: 圈每伏(N/V) I: 使用电流. 单位: 安(A) D: 导线直径. 单位: 毫米(mm) (二)GEI铁心规格

开关电源变压器设计资料完整版

开关电源变压器设计 开关变压器是将DC 电压﹐通过自激励震荡或者IC 它激励间歇震荡形成高频方波﹐通过变压器耦合到次级,整流后达到各种所需DC 电压﹒ 变压器在电路中电磁感应的耦合作用﹐达到初﹒次级绝缘隔离﹐输出实现各种高频电压﹒ 目的﹕减小变压器体积﹐降低成本﹐使设备小形化﹐节约能源﹐提高稳压精度﹒ N 工频变压器与高频变压器的比较﹕ 工频 高频 E ＝4.4f N Ae Bm f=50HZ E ＝4.0f N Ae Bm f=50KHZ N Ae Bm 效率﹕ η=60-80 % (P2／P2+Pm+ P C ) η>90% ((P2／P2+Pm ) 功率因素﹕ Cosψ=0.6-0.7 (系统100W 供电142W) Cosψ>0.90 (系统100W 供电111W) 稳压精度﹕ ΔU%=1% (U20-U2／U20*100) ΔU<0.2% 适配.控制性能﹕ 差 好 体积.重量 大 小

开关变压器主要工作方式 一.隔离方式: 有隔离; 非隔离 (TV&TVM11) 二.激励方式: 自激励; 它激励 (F + & IC) 三.反馈方式: 自反馈; 它反馈 (F- & IC) 四.控制方式: PWM: PFM (T & T ON ) 五.常用电路形式: FLYBACK & FORWARD 一.隔离方式: 二.

开关变压器主要设计参数 静态测试参数: R DC. L. L K. L DC. TR. IR. HI-POT. IV O-P.Cp. Z. Q.……… 动态测试参数: Vi. Io. V o. Ta. U. F D max…………. 材料选择参数 CORE: P. Pc. u i. A L. Ae. Bs……. WIRE: Φ℃. ΦI max. HI-POT…….. BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)………. TAPE: ℃. δh. HI-POT…….. 制程设置要求 P N…(SOL.SPC).PN//PN.PN-PN. S N(SOL.SPC).Φn. M tape:δ&w TAPE:δ&w. V℃……..

宽带传输线阻抗变换器的设计

宽带传输线阻抗变换器的设计 【摘要】利用传输线理论和基本电路理论，得出宽带阻抗变换器负载吸收最大功率时，负载阻抗、源阻抗与传输线特性阻抗之间应该满足的关系。并通过实验表明，满足这关系时，传输线阻抗变换器容易达到宽带。 【关键词】传输线理论;电路理论;阻抗关系;阻抗变换 0.引言 阻抗变换器是短波多模多馈天线馈电网络的重要组成部分。以传输线变压器理论为基础，将扭绞双线或同轴线绕在高磁导率的软磁铁芯上形成线圈实现阻抗变换的功能。在阻抗变换器的设计中，负载阻抗、源阻抗与传输线特性阻抗之间是否满足最佳传输条件十分重要，因此有必要明确阻抗变换器各端之间的阻抗关系。 根据阻抗变换器的电路示意图，线圈上的V和I必然满足传输线方程。结合传输线理论中的V和I之间的关系和电路方程，利用边界条件，推导宽带阻抗变换器各端之间阻抗满足的关系，以及与传输线特性阻抗的关系，可以得出一些结论。本文以1：4阻抗变换器为例分析，制作了50－200欧姆的阻抗变换器。其他阻抗变换器的分析方法类似，并根据其结论设计并制作了50欧姆－75欧姆的阻抗变换器。 1.宽带阻抗变换器的阻抗关系 双线1：4阻抗变换电路示意如图1所示，且为不平衡－不平衡变换。这种变换用双线传输线或同轴线绕制，称为双线1：4阻抗变换。 在图1中，源端阻抗为Rg，负载阻抗为Rb，电压、电流如图标示，图2是阻抗变换器的电路模型。 图1 宽带1：4阻抗变换器电路示意图图2 阻抗变换器的电路模型 参见图2，根据传输线理论和基本电路理论可列出下列方程： V=(V-V)cos l+jZIsin l（1） I=Icos l+jsin l （2） E=(I+I)R+V（3） V=IR （4）

开关电源变压器的设计案例

1.单端反激式开关电源变压器设计 链接： https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=582297& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8 2.开关电源变压器详细设计实例 链接： https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=581885& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8 3.单端反激开关电源变压器设计总结 https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=256491& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8 4.开关电源变压器设计+破解过程 https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=533754& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8 5.开关电源变压器设计教程 https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=173418& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8 6.浅议开关电源变压器的检测方法 https://www.wendangku.net/doc/fa17937204.html,/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=553265& highlight=%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%8F%98%E 5%8E%8B%E5%99%A8

BG7SOF自制同轴传输线变压器

自制同轴传输线变压器 BG7SOF根据BD7KU的帖子整理 两管高u磁环并成双筒状,一小截低阻抗高温同轴电缆弯成u状穿于磁环内.同轴电缆网线是初级;芯线是次级,反过来当然也一样.传输线只有1圈的变比就是1:1. 电脑连线用的emi磁环u值大约在800左右,它非常适合于1.8兆~2米波的传输线变压器使用. 频率低端最大传输功率主要由磁环体积决定; 频率高端最大传输功率主要由线间绝缘材料决定; 最低使用频率由电感量大小决定,u值850的在这里可满足2兆使用; 最高使用频率由传输线总长度决定,传输线总长度乘以8就是最高使用波长.变压器引出线长度对u/v段影响很大. bd7ku 兄：我看你上的图是四个头，其中两个头是不是将同轴线剥开，引出线脚的？？？ 推挽功放用的输入输出变压器都有5个头.芯线有2个头,网线(1圈)有3个头.网线剥开处两边各焊出1个接头,网线半圈处还要焊出1个抽头. 同轴总长度约为30cm同轴线总长度约为30cm。理论最高工作波长为2.4米。这是一个用于1.8~50兆/150瓦同轴传输线变压器的线圈。图片拍得不好，如果把显示器的亮度开到最大就会清楚许多。 中心抽头和两极都焊好后，把磁环合起来就完工了。 完全明白,那个抽头铜片是起在pcb板上固定作用的吗?随便找一个聚四氟乙烯绝缘外套的导线,然后再套一层铜网就可以替代专用的耐高温10欧,25欧同轴线.否则烙铁一焊,普通的绝缘外套早融化了.我所工作的炼钢厂由于高温环境,这种聚四氟乙烯绝缘外套的导线到处都是. 图里线圈为3圈，这是个1:9或者9:1的变压器。如果是个1:4或者4:1的变压器，那么线圈只有2圈如果这是个输出变压器，那么这个中心抽头铜片就是一对管子的供电点，当然同时也可以起固定作用。聚四氟乙烯绝缘外套如果能耐500度c高温当然可以试验一下，

开关电源变压器设计

开关电源变压器设计 1.前言 2.变压器设计原则 3.系统输入规格 4.变压器设计步骤 4.1 选择开关管和输出整流二极管 4.2 计算变压器匝比 4.3确定最低输入电压和最大占空比 4.4反激变换器的工作过程分析 4.5计算初级临界电流均值和峰值 4.6计算变压器初级电感量 4.7 选择变压器磁芯 4.8 计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度 4.9 满载时峰值电流 4.10 最大工作磁芯密度Bmax 4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值 4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率 4.13 计算绕组的铜损 4.14 变压器绕线结构及工艺 5. 实例设计—12W Flyback 变压器设计 / 、八— 1.前言 ?反激变换器优点： 电路结构简单 成本低廉 容易得到多路输出 应用广泛，比较适合100W 以下的小功率电源 ?设计难点变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式 2.变压器设计原则( CCM ) ( DCM )

?温升 安规对变压器温升有严格的规定。 Class A 的绝对温度不超过 90°C ； Class B 不能超过110°C 。因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必须遵循的准则。 ? 成本 开关电源设计中， 成本是主要的考虑因素， 而变压器又是电源系统的重要组成部分， 因此如何将变 压器的价格，体积和品质最优化，是开关电源设计者努力的方向。 3. 系统输入规格 输入电压： Vacmin~ Vacmax 输入频率： f L 输出电压： V o 输出电流： I o 工作 频率： f S 输出功率： P o 预估效率：n 最大温升：40 °C 4.0 变压器设计步骤 4.1 选择开关管和输出整流二极管 开关管 MOSFET: 耐压值为 V mos 输出二极管 :肖特基二极管 最大反向电压 V D 正向导通压降为 V F 4.2 计算变压器匝比 考虑开关器件电压应力的余量 (Typ.=20%) 开关 ON : 0.8 ? V D > V in max / N + V 。 开关 OFF ： 0.8 ? V MOS > N ? ( V o + V F )+ V in max 匝比 max N min < N < N

传输线平衡器(巴伦)的原理、设计、制作及测试

巴伦 传输线平衡器（巴伦）的原理、设计、制作及测试 一、平衡器（巴伦）的由来 平衡器即Balancing Device，其主要作用是完成由单端传输（如：同轴线、微带线等）变换为差分传输（如：半波振子天线，推挽电路等）之间的变换，又称为平衡-不平衡变换器即Balance-Unbalance，英文将其合并缩写成一个新词Balun，音译为巴伦。以下文中所提到的平衡器、平衡-不平衡变换器、巴伦，都是指这一类器件。 巴伦在无线电中有着广泛的用途，由于其原理结构多种多样，并且可以互相组合，使得许多朋友在自制巴伦时有无从下手的感觉，哪种结构适合？如何选择材料？如何计算制作参数？如何衡量巴伦的性能？对于我们业余爱好者，主要就是用在天线的馈电和高频功放中，完成平衡-不平衡及阻抗变换的作用，工作在短波1.8MHZ~30MHZ，并要求取材和制作容易。结合我对巴伦的认识理解，认为传输线结构的巴伦，更适合短波通信，其性能好、取材方便、制作容易，但其理论不易理解，造成很多朋友将其搞成了磁耦合变压器结构，出现频带窄、功率容量小、驻波不平坦的问题，结果当然达不到传输线变换器的效果。下面就我个人对传输线变换器的粗浅理解，简单描述一下做巴伦的情况，如需要更深入的了解可以参考有关文献资料，有不当之处，还请各位前辈指正，谢谢！

二、传输线平衡器（巴伦）的简单原理 平衡器有很多种，按平衡条件可以分为四大类：扼流式（扼制不平衡电流）、对称式（对地阻抗平衡）、倒相式（电压倒相）、磁耦合式（电流共扼）。我这里主要描述一下基于传输线变换器的平衡-不平衡变换，同时具备阻抗变换作用的巴伦，兼有扼流式和磁耦合式的特征。

开关电源变压器的设计

下面我们以输出功率为5瓦以下的开关电源为例，讲解一下开关电源变压器的设计。 1 电气要求： 1.输入电压：AC 90-264V/50-60HZ 2.输出电压：5±0.2 V 3.输出电流：1A 2 设计流程介绍： 2.1 线路图如下： 说明： W1，W3是做屏蔽用的，对EMI有作用； Np是初级线圈(主线圈)； Nb是辅助线圈； Ns次级线圈（二次侧圈数）。 2.2 变压器计算: 2.2.1 变压器的参数说明: 依据变压器计算公式 ?B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) ?Lp = 一次侧电感值(uH) ?Ip = 一次侧峰值电流(A) ?Np = 一次侧(主线圈)圈数 ?Ae = 铁心截面积(cm2) ?B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以浙江东磁公司的DMR40为例，100℃时的B(m ax)为4000 Gauss，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3600 Gauss之间，若所设计的p ower为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的

尺寸越大，Ae越高，所以可以做较大瓦数的Power。 2.2.2 决定占空比: 由以下公式可决定占空比，占空比的设计一般以50%为基准，占空比若超过50%易导致振荡的发生。 ?NS = 二次侧圈数 ?NP = 一次侧圈数 ?Vo = 输出电压 ?VD= 二极管顺向电压 ?Vin(min) = 滤波电容上的最小电压值 ? D =占空比 2.2.3 决定Pout，Ip，Lp，Nps，Np，Ns值: Pout=V2 x Iout x 120% V2=Vout + Vd + Vt 因为I1p是峰峰值，如下图： 所以 Lp= 简化后 Lp= Nps=

开关电源变压器设计

。 开关电源变压器设计 1.前言 2.变压器设计原则 3.系统输入规格 4.变压器设计步骤 选择开关管和输出整流二极管 计算变压器匝比 确定最低输入电压和最大占空比 ^ 反激变换器的工作过程分析 计算初级临界电流均值和峰值 计算变压器初级电感量 选择变压器磁芯 计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度 满载时峰值电流 最大工作磁芯密度Bmax 计算变压器初级电流、副边电流的有效值 】 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率 计算绕组的铜损 4.14变压器绕线结构及工艺 5.实例设计—12W Flyback变压器设计 1.前言 ◆反激变换器优点： 电路结构简单 * 成本低廉 容易得到多路输出 应用广泛，比较适合100W以下的小功率电源 ◆设计难点

变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化 低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式 ( CCM ) 高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式 ( DCM ) " 2.变压器设计原则 ◆温升 安规对变压器温升有严格的规定。Class A的绝对温度不超过90°C； Class B不能超过110°C。因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必须遵循的准则。 ◆成本 开关电源设计中，成本是主要的考虑因素，而变压器又是电源系统的重要组成部分，因此如何将变压器的价格，体积和品质最优化，是开关电源设计者努力的方向。 ( 3.系统输入规格 输入电压：Vacmin~ Vacmax 输入频率：f L 输出电压：V o 输出电流：I o 工作频率：f S 输出功率：P o { 预估效率：η 最大温升：40℃ 变压器设计步骤 选择开关管和输出整流二极管 开关管MOSFET:耐压值为V mos 输出二极管:肖特基二极管 最大反向电压V D ^ 正向导通压降为V F 计算变压器匝比