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设计开关电源，不可避免的要设计变压器，某些有经验的工程师项目做多了，可能会有一些经验，多少瓦多少开关频率的电源大概会用多大的磁芯，但是新入门的可能就比较困惑，无从下手，去网上搜索，会发现有很多公式，这些公式又五花八门，还会有不同系数，也不知道是怎么确定的。
今天就给大家介绍AP法选择磁芯，绝对是硬货！
什么是Ap？Ap是变压器磁芯的窗口面积Aw乘上截面积Ae（如图参照表）。
所以，只要得到Aw和Ae，Ap就有了，那下面就介绍如何算出Aw，Ae和它们的乘积。
先说Aw，Aw是磁芯的窗口面积，磁芯的窗口是用来干嘛的？是用来绕线的，所以我们需要确定绕组的面积和绕组的窗口利用率，绕组的总面积除以绕组的窗口利用率就是需要的磁芯窗口面积Aw，Aw=Stotal/Kw。
先确定绕组的总面积（Stotal），绕组要包括所有绕组，比如说原副边各一个绕组的，原边的绕组的匝数Np，截面积面积Sp，副边的绕组的匝数Ns，截面积Ss，那总的绕组面积就是(Stotal=Np*Sp+Ns*Ss)，因此需要确定绕组的圈数和截面积，绕组的圈数可以转为匝比，后面介绍，对于绕组的截面积可以这样确定，输入电压，拓扑和功率固定了，原边的电流的有效值都是可以计算出来的，用这个有效值除以电流密度，就是需要的绕组的截面积，电流密度是一个经验值，与散热条件相关，风冷的可以取大一些，自然散热需要取小一些，这些都可以通过实际测试矫正，一般在自然散热的条件下，电流密度可以取3～4A/mm^2左右.至于磁芯的窗口利用率Kw，这也是个经验值，根据不同大小的磁芯，不同的绝缘等级等，可以选择从20%到40%左右，比如磁芯小，又需要加强绝缘的，绕组的窗口占用率就比较低，因为有一部分的面积要用来做安规隔离，贴胶带等，这个也需要尝试矫正，如果变压器厂家说你的线绕不下，可以适当调整你的窗口利用率，这样你心里就有个谱了。
再说Ae，导线里面流电流，有电流密度，电流太大的话导线会很烫，同样的，Ae是用来干嘛的？是用来走磁通的，磁场里面也磁通密度B，磁通密度太大会导致磁饱和，每种磁性材料都有饱和磁通Bs，所以我们选Ae就选择合适的磁芯截面积，使得磁通密度在合理的水平，不会饱和，同时也不能过设计，导致浪费，电磁感应定律可以得到下面的等式，这里不详细介绍电磁场的基础知识了，这个等式都看不懂的就要去翻教科书了（等式如图）。
只要对上面的公式中的Ae分离到等式的一边，就可以得到Ae了，至于Ton是由拓扑决定的，Vin是加在变压器绕组上的电压，这个也是确定的，B是最大允许的磁通密度，也是一个经验值，一般对于flyback，forward等会取70%～80%左右的饱和磁通密度，而对于可能会出现磁偏的推挽等拓扑，裕量相应留大一些，而匝数N可以转为匝比。
最后，拿一个flyback的变压器做例子
窗口面积Aw（如图）：
公式里的电流都是RMS值
磁芯截面积Ae（如图）：
将它们乘起来Aw*Ae=Ap，很惊喜的发现不定量匝数可以消掉，变成确定的匝比，这个和拓扑不相关，都可以消掉（如图）。
所以，这样就等式右边的所有值都是确定的，所以也就可以确定磁芯的Ap值，找到对应的磁芯了，另外，这个公式里面我没有给出具体的单位，这个作为读者的homework，顺带复习一下电磁学的基础知识吧。^_^
推荐看《Fundamentals of Power Electronics》，这本书里面的电磁学是我觉得讲得最好的。
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发表于 2016-8-3 14:27
楼主