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高频电源变压器设计原则要求和程序

高频电源变压器设计原则要求和程序
高频电源变压器设计原则要求和程序

高频电源变压器设计原则要求和程序

摘要:从高频电源变压器作为一种产品(即商品)出发,说明了它的设计原则和要求,并介绍了它的设计程序。

关键词:高频电源变压器;设计原则;设计要求;设计程序

1前言

电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,作为一种主要的软磁电磁元件,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小,电源变压器可以分为几档:10kVA以上为大功率,10kVA~0.5kVA为中功率,0.5kVA~25VA为小功率,25VA以下为微功率。传送功率不同,电源变压器的设计也不一样,应当是不言而喻的。有人根据它的主要功能是功率传送,把英文名称Power Transformers译成功率变压器,在许多文献资料中仍然在使用。究竟是叫电源变压器,还是叫功率变压器好呢?有待于科技术语方面的权威机构来选择决定。

同一个英文名称PowerTransformer,还可译成电力变压器。电力变压器主要用于电力输配系统中起功率传送、电压变换和绝缘隔离作用,原边电压为6kV以上的高压,功率最小5kVA,最大超过上万kVA。电力变压器和电源变压器,虽然工作原理都是基于电磁感应原理,但是电力变压器既强调功率传送大,又强调绝缘隔离电压高,无论在磁芯线圈,还是绝缘结构的设计上,都与功率传送小、绝缘隔离电压低的电源变压器有显著的差别,更不能将电力变压器设计的优化设计条件生搬硬套地应用到电源变压器中去。电力变压器和电源变压器的设计方法不一样,也应当是不言而喻的。

高频电源变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器,主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器,也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低,可分为几个档次:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上。传送功率比较大的,工

作频率比较低;传送功率比较小的,工作频率比较高。这样,既有工作频率的差别,又有传送功率的差别,工作频率不同档次的电源变压器设计方法不一样,也应当是不言而喻的。

2 高频电源变压器的设计原则

高频电源变压器作为一种产品,自然带有商品的属性,因此高频电源变压器的设计原则和其他商品一样,是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重性能和效率,有时可能偏重价格和成本。现在,轻、薄、短、小,成为高频电源的发展方向,是强调降低成本。其中成为一大难点的高频电源变压器,更需要在这方面下功夫。所以在高频电源变压器的设计要点一文中,只谈性能,不谈成本,不能不说是一大缺憾,如果能认真考虑一下高频电源变压器的设计原则,追求更好的性能价格比,传送不到10VA的单片开关电源高频变压器,应当设计出更轻、薄、短、小的方案来。不谈成本,市场的价值规律是无情的!许多性能好的产品,往往由于价格不能为市场接受而遭冷落和淘汰。

往往一种新产品最后被成本否决。一些节能不节钱的产品为什么在市场上推广不开值得大家深思。产品成本,不但包括材料成本,生产成本,还包括研发成本,设计成本。因此,为了节约时间,根据以往的经验,对高频电源变压器的铁损铜损比例、漏感与激磁电感比例、原边和副边绕组损耗比例、电流密度提供一些参考数据,对窗口填充程度,绕组导线和结构推荐一些方案,有什么不好?为什么一定要按步就班地来回进行推算和仿真,才不是概念错误?作者曾在20世纪80年代中开发高频磁放大器式开关电源,以温升最低为条件,对高频电源变压器进行过优化设计。由于热阻难以确定,结果与试制样品相差甚远,不得不再次修正。现在有些公司的磁芯产品说明书中,为了缩短用户设计高频电源变压器的时间,有的列出简化的设计公式,有的用表列出磁芯在某种工作频率下的传送功率。这种既为用户着想,又推广公司产品的双赢行为,是完全符合市场规律的行为,绝不是什么需要辨析的错误概念。问题是提供的参考数据,推荐的方案是否是经验的总结?有没有普遍性?包括辨析一文中提出的一些说法,都需要经过实践检验,才能站得住脚

总之,千万记住:高频电源变压器是一种产品(即商品),设计原则是在具体的使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。检验设计的唯一标准是设计出的产品能否经受住市场的考验。

3 高频电源变压器的设计要求

以设计原则为出发点,可以对高频电源变压器提出4项设计要求:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本。

3.1 使用条件

使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电磁兼容性。可靠性是指在具体的使用条件下,高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件对高频电源变压器影响

最大的是环境温度。有些软磁材料,居里点比较低,对温度敏感。例如:锰锌软磁铁氧体,居里点只有215℃,其磁通密度,磁导率和损耗都随温度发生变化,故除正常温度25℃外,还要给出60℃,80℃,100℃时的各种参考数据。

因此,将锰锌软磁铁氧体磁芯的工作温度限制在100℃以下,也就是环境温度为40℃时,温升只允许低于60℃,相当于A级绝缘材料温度。与锰锌软磁铁氧体磁芯相配套的电磁线和绝缘件,一般都采用E级和B级绝缘材料,采用H级绝缘的三重绝缘电磁线和聚酰胺薄膜,是不是大材小用?成本增加多少?是不是因为H级绝缘的高频电源变压器优化的设计方案,可以使体积减少1/2~1/3的缘故?如果是,请举具体实例数据。作者曾开发H级绝缘工频50Hz,10kVA干式变压器,与B级绝缘工频50Hz,10kVA干式变压器相比,体积减小15%到20%,已经相当可观了。本来体积就比较小的高频100kHz10VA高频电源变压器,如次级绕组采用三重绝缘线,能把体积减小1/2~1/3,那一定是很宝贵的经验。请有关作者详细介绍优化设计方案,以便广大读者学习。

电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可闻的音频噪声和不可闻的高频噪声。高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩大的软磁材料,产生的电磁干扰大。例如,锰锌软磁铁氧体,磁致伸缩系数λS为21×10-6,是取向硅钢的7倍以上,是高磁导坡莫合金和非晶合金的20倍以上,是微晶纳米晶合金的10倍以上。因此锰锌软磁铁氧体磁芯产生的电磁干扰大。高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。因此,工作频率为100kHz左右的高频电源变压器,没有特殊原因是不会产生20kHz以下音频噪声的。既然提出10W以下单片开关电源的音频噪声频率,约为10kHz~20kHz,一定有其原因。由于没有画出噪声频谱图,具体原因说不清楚,但是由高频电源变压器本身产生的可能性不大,没有必要采用玻璃珠胶合剂粘合磁芯。至于采用这种粘合工艺可将音频噪声降低5dB,请给出实例与数据以及对噪声原因的详细说明,才会令人可信。

屏蔽是防止电磁干扰,增加高频电源变压器电磁兼容性的好办法。但是为了阻止高频电源变压器的电磁干扰传播,在设计磁芯结构和设计绕组结构也应当采取相应的措施,只靠加外屏蔽带并不一定是最佳方案,因为它只能阻止辐射干扰,不能阻止传导干扰。

3.2 完成功能

高频电源变压器完成功能有3个:功率传送,电压变换和绝缘隔离。功率传送有两种方式。第一种是变压器功率的传送方式,加在原绕组上的电压,在磁芯中产生磁通变化,使副绕组感应电压,从而使电功率从原边传送到副边。在功率传送过程中,磁芯又分为磁通单方向变化和双方向变化两种工作模式。单方向变化工作模式,磁通密度从最大值Bm变化到剩余磁通密度Br,或者从Br变化到Bm。磁通密度变化值ΔB=Bm-Br。为了提高ΔB,希望Bm大,Br小。双方向变化工作模式磁通度从+Bm变化到-Bm,或者从-Bm变化到+Bm。磁通密度变化值

ΔB=2Bm,为了提高ΔB,希望Bm大,但不要求Br小,不论是单方向变化工作

模式还是双方向变化工作模式,变压器功率传送方式都不直接与磁芯磁导率有关。

第二种是电感器功率传送方式,原绕组输入的电能,使磁芯激磁,变为磁能储存起来,然后通过去磁使副绕组感应电压,变成电能释放给负载。传送功率决定于电感磁芯储能,而储能又决定于原绕组的电感。电感与磁芯磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能多,而不直接与磁通密度有关。虽然功率传送方式不同,要求的磁芯参数不一样,但是在高频电源变压器设计中,磁芯的材料和参数的选择仍然是设计的一个主要内容。在电源变压器设计要点一文中,很遗憾缺少这一个主要内容。只是在交流损耗一条中,提出BAC典型值为0.04~0.075T。显然,文中的高频电源变压器是采用电感功率传送方式,为什么不提磁导率,而提BAC 弄不清楚。经查阅,在《电源技术应用》2003年1/2期,同一主要作者写的开关电源设计要点一文中,列出了磁芯的选择,也没有提磁导率,只是提出最大磁通密度Bm为0.275T。由于没有画磁通密度变化波形,弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一致:为什么BAC和Bm相差6.8~3.7倍?更不清楚,选的是哪一种软磁铁氧体材料?为什么选这种型号?两文中都没有一点说明,只好让读者自己去猜想了。

电压变换通过原边和副边绕组匝数比来完成。不管功率传送是哪一种方式,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比,只要不改变匝数比,就不影响电压变换。但是,绕组匝数与高频电源变压器的漏感有关。漏感大小与原绕组匝数的平方成正比。有趣的是,漏感能不能规定一个数值?设计要点一文中说:对于一符合绝缘及安全标准的高频变压器,其漏感量应为次级开路时初级电感量的1%~3%。辨析一文中说:在很多技术单上,标注着漏感=1%的磁化电感或漏感<2%的磁化电感等类似的技术要求。其实这种写法或设计标准很不专业。电源设计者应当根据电路正常工作要求,对所能接受的漏感值作一个数值限制。在制作变压器的过程中,应在不使变压器的其他参数(如匝间电容等)变差的情况下尽可能减小漏感值,而非给出漏感与磁化电感的比例关系作为技术要求。否则这将表明你不理解漏感知识或并不真正关心实际的漏感值。虽然两篇文章说法不一样,但是有一点是共同的,就是尽可能减小漏感值。因为漏感值大,储存的能量也大,在电源开关过程中突然释放,会产生尖峰电压,增加开关器件承受的电压峰值,对绝缘不利,也产生附加损耗和电磁干扰。

绝缘隔离通过原边和副边绕组的绝缘结构来完成。为了保证绕组之间的绝缘,必须增加两个绕组之间的距离,从而降低绕组间的耦合程度,使漏感增大。还有,原绕组一般为高压绕组,匝数不能太少,否则,匝间或者层间电压相差大,会引起局部短路。这样,匝数有下限,使漏感也有下限。总之,在高频电源变压器绝缘结构和总体结构设计中,要统筹考虑漏感和绝缘强度问题。

3.3 提高效率

提高效率是对电源和电子设备的普遍要求。虽然从单个高频电源变压器来看,损耗不大。例如,100VA高频电源变压器,效率为98%时,损耗只有2W,并不多。但是成十万个,成百万个高频电源变压器,总损耗可能达到上100kW,甚至上MW。还有,许多高频电源变压器一直长期运行,年总损耗相当可观,有可能达到上

10GW·h。这样,提高高频电源变压器效率,可以节约电力。节约电力后,可以少建发电站。少建发电站后,可以少消耗煤和石油,可以少排放CO2,SO2,NOx,废气,废水,烟尘和灰渣,减少对环境的污染。既具有节约能源,又具有环境保护的双重社会经济效益。因此,提高效率是高频电源变压器一个主要的设计要求,一般效率要提高到95%以上,损耗要减少到5%以下。高频电源变压器损耗包括磁芯损耗(铁损)和绕组损耗(铜损)。有人关心变压器的铁损和铜损的比例。这个比例是随变压器的工作频率发生变化的。如果变压器的外加电压不变,工作频率越低,绕组匝数越多,铜损越大。因此在50Hz工频下,铜损远远超过铁损。例如:50Hz,100kVAS9型三相油浸式硅钢电力变压器,铜损为铁损的5倍左右

50Hz,100kVASH11型三相油浸式非晶合金电力变压器,铜损为铁损的20倍左右。并不存在辨析一文中所说那样,工频变压器从热稳定热均匀角度出发,把铜损等于铁损作为经验设计规则。随着工作频率升高,绕组匝数减少,虽然由于趋表效应和邻近效应存在而使绕组损耗增加,但是总的趋势是铜损随着工作频率升高而下降。而铁损包括磁滞损耗和涡流损耗,随着工作频率升高而迅速增大。在某一段工作频率,有可能出现铜损和铁损相等的情况,超过这一段工作频率,铁损就大于铜损。造成铁损不等于铜损的原因,也并不象辨析一文中所说那样是由于高频变压器采用非常细的漆包线作为绕组。导线粗细的选择,虽然受趋表效应影响,但主要由高频电源变压器的传送功率来决定,与工作频率不存在直接关系。而且,选用非常细的漆包线作为绕组,反而会增加铜损,延缓铜损的下降趋势。说不定在设计选定的工作频率下,还有可能出现铜损等于铁损的情况。根据有的资料介绍,中小功率高频电源变压器的工作频率在100kHz左右,铁损已经大于铜损,而成为高频电源变压器损耗的主要部分。

正因为铁损是高频电源变压器损耗的主要部分,因此根据铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计的一个主要内容。铁损也成为评价软磁芯材料的一个主要参数。铁损与磁芯的工作磁通密度工作频率有关,在介绍软磁磁芯材料铁损时,必须说明在什么工作磁通密度下和在什么工作频率下损耗。用符号表示时,也必须标明PB/f〔式中工作磁通密度B的单位是T(特斯拉),工作频率f的单位是Hz(赫芝)〕。例如,P0.5/400表示工作磁通密度为0.5T,工作频率为400Hz 时的损耗。又例如,P0.1/100k表示工作磁通密度为0.1T,工作频率为100kHz 时的损耗。铁损还与工作温度有关,在介绍软磁磁芯材料铁损时,必须指明它的工作温度,特别是软磁铁氧体材料,对温度变化比较敏感,在产品说明书中都要列出25℃至100℃的铁损。

软磁材料的饱和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限,常常是铁损限制了工作磁通密度的上限。所以,在新的电源变压器用软磁铁氧体材料分类标准中,把允许的工作磁通密度和工作频率乘积B×f,作为材料的性能因子,并说明在性能因子条件下允许的损耗值。新的分类标准根据性能因子把软磁铁氧体材料分为PW1,PW2,PW3,PW4,PW5等5类,性能因子越高的,工作频率越高,极限频率也越高。例如,PW3类软磁铁氧体材料,工作频率为100kHz,极限频率为300kHz,性能因子B×f为10000mT×kHz,即在100mT(0.1T)和100kHz下,100℃时损耗a级≤300kW/m(300mW/cm3),b级≤150kW/m3(150mW/cm3)。日本TDK公司生产的PC44型软磁铁氧体材料达到PW3a级标准,达不到PW3b级标准。

设计要点一文中提出高频变压器使用的铁氧体磁芯在100kHz时的损耗应低于

50mW/cm3,没指明是选哪一类软磁铁氧体材料,也没说明损耗对应的工作磁通密度。

在某一段工作频率下,高频电源变压器的绕组损耗(铜损)与铁损相接近时,例如,铜损/铁损=100%~25%范围内,铜损也不能忽视,也应当考虑采取措施来减少铜损。由于原绕组和副绕组承担的功率相近,往往在设计中取原绕组的铜损等于副绕组的铜损,以便简化设计计算过程,这并不象辨析一文中所说的那样:只是工频变压器设计的一种经验规则,对一定工作频率下高频电源变压器设计也适用。不能只强调依靠温升来设计高频电源变压器,由于热阻不容易准确确定,设计计算相当麻烦。因此,为了简化计算,有时根据经验预先推荐一些原则和数据是必要的。同样,为了简化计算,对不同工作频率,不同功率的高频电源变压器推荐不同的绕组电流密度,也是必要的,但不限于某一个电流密度值,例如,2A/mm2~3A/mm2。应当看到:实现高频电源变压器设计要求的方法并不限于一种,应当允许进行多种多样的探索。你走你的阳关道,我走我的独木桥。为什么一定要按你指定的道路走,才不是错误概念呢?

3.4 降低成本

降低成本是高频电源变压器的一个主要设计要求,有时甚至是决定性的要求。高频电源变压器作为一种产品,和其他商品一样,都面临着市场竞争。竞争的内容包括性能和成本两个方面,缺一不可。不注意降低成本,往往会在竞争中被淘汰。

高频电源变压器的成本包括材料成本,制造成本和管理成本。设计是高频电源变压器降低成本的主要手段。高频电源变压器所用的材料和零部件的贵贱和数量的多少?是否方便采购?是否要备有多少库存量?磁芯,线圈和总体结构的加工和装配工艺复杂还是简单?需要人工占的比例多大(实现生产过程的机械化和自动化,可以减少人工工时,更能保证产品的一致性和质量)?是否需要工模具?质量控制中需要检测的工序和参数:哪些参数要在加工过程中检测?哪些参数要在出厂试验中检测(出厂试验的参数应选择能决定性能的关键参数,数量不要多,以便能即时判断产品质量。)?哪些参数要在型式试验中检测?要用什么检测仪器和设备,价格如何?等等,都是由设计来决定的。因此,高频电源变压器的设计者除了要了解高频电源变压器的理论和设计方法而外,还要了解各种软磁材料和磁芯的性能和价格,各种电磁线的性能和价格,各种绝缘材料的性能和价格;还要了解磁芯加工热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺及变压器组装工艺;还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备;还要了解生产管理的基本知识以及高频电源变压器的市场动态等等。只有知识全面的设计者,才能设计出性能好,成本低的高频电源变压器产品。

降低成本是促进高频电源变压器技术发展的一种推动力。为什么轻、薄、短、小成为高频电源变压器的发展方向?原因之一是这样既能降低材料成本,又能降低制造成本。提高工作频率,可以使高频电源变压器的重量和体积下降。但是,要克服高频带来的负面影响,必须采用新的软磁材料和导电材料并增加抑制高频电磁干扰的措施,因此,对具体使用条件下的高频电源变压器究竟选用多高的工作频率?要在综合考虑性能和总体成本后决定。提高效率,降低损耗发生的热量,

可以减少高频电源变压器散热的表面积,从而使体积和重量下降。但是,降低损耗必须采用新材料和新工艺。因此,对具体使用条件下的高频电源变压器究竟达到多高的效率?也要在综合考虑性能和总体成本后决定。

4高频电源变压器的设计程序

高频电源变压器的设计程序,包括磁芯材料,磁芯结构,磁芯参数,线圈参数,组装结构和温升校核等内容。下面分别进行讨论。

4.1 磁芯材料

根据高频电源变压器的设计要求,选择软磁材料本来应当是设计程序的第一项。但是,现在一般都认为高频电源变压器应当选择软磁铁氧体,是自然而然的事情。许多有关高频电源变压器的论文,专著和教材,只针对软磁铁氧体进行讨论,而对其他软磁材料有时说明一下,有时只字不提。而且究竟选择哪一类软磁铁氧体,也不加以说明,好象大家都知道。

和任何软磁磁芯材料一样,软磁铁氧体有自己的优缺点。软磁铁氧体的优点是电阻率高、交流涡流损耗小,价格便宜,易加工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低,磁导率不高,磁致伸缩大,对温度变化比较敏感。因此,有些高频电源变压器并不适合选择软磁铁氧体。例如,工作频率比较低(50kHz以下),功率比较大的高频电源变压器,如果选择软磁铁氧体,由于工作磁通密度低,用材料多,磁芯体积大,加工困难,易碎,成品率不高,显不出价格便宜的优势。又例如,工作频率高(500kHz以上),功率比较小的高频电源变压器,磁芯重量和体积本来都小,如果选择软磁铁氧体,必须用PW4、PW5类材料,价格也不便宜,与其他软磁材料相比,磁芯价格基本相当,有时反而由于体积大,而处于不利地位。即使在适合于软磁铁氧体的工作频率范围内,也要对选择哪一类软磁铁氧体更能全面满足高频电源。变压器的设计要求,进行认真考虑,才可以使设计出来的高频电源变压器达到比较理想的性能价格比。

4.2 磁芯结构

高频电源变压器设计中选择磁芯结构时考虑的因素有:降低漏磁和漏感,增加线圈散热面积,有利于屏蔽,线圈绕线容易,装配接线方便等。

漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需要气隙,则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯,特别是工作频率高的电源变压器,因为,有一点漏感,就容易产生比较大的漏阻抗。封闭磁芯的磁通基本上集中在磁芯里面,漏磁小。同时,不论外界干扰磁场从哪个方向侵入,都在磁芯中分为两个方向通过,产生的干扰互相抵消。但是,封闭磁芯绕线困难,且环形磁芯散热要通过线圈,而且内层引出线也要穿过线圈引出,故必须加强绝缘。不封闭磁芯绕线容易,磁芯散热面大,可直接散热,引出线也容易。建议装线圈的磁路部分为圆柱形截面,减少平均匝长,降低损耗。矮胖圆柱形磁芯的漏磁和漏感比瘦高圆柱形磁芯大,一个原因是胖,圆柱形大,漏磁辐射面大;另一个原因是矮,上下两磁轭距离近,容易形成漏磁通的路径。不封闭磁芯中的气隙大小和位置与漏磁和漏感有密切关

系。在保证完成功能所需的气隙条件下,尽可能减少气隙尺寸。因为,气隙尺寸增大,不但增加漏磁和漏感,还减少等值磁导率,增加激磁功率,对高频电源变压器工作不利。另外,气隙的位置最好处于线圈的中间部位,可以起到减少气隙漏磁通的作用。

窗口面积的大小与线圈发热损耗和散热面积有关。窗口面积大,绕的电磁线截面大,电阻小,损耗小,发热小。同时,线圈外形尺寸大,散热面积也大。辨析一文中提出窗口面积利用问题,不能采取完全肯定和完全否定的态度。一般在留足工艺需要的窗口面积以后,希望尽可能把窗口面积绕满。如果不能充分利用窗口面积,将会造成磁芯尺寸和变压器外形尺寸不必要的增大,有可能要增加材料成本。因此,在高频电源变压器磁芯结构设计中,对窗口面积的大小,要综合考虑各种因素后来决定。辨析一文中关于填满磁芯窗口主要是受工频磁性元件设计的影响的理由并不成立。工频变压器的铜损比铁损大,为了增加线圈散热面积,磁芯与线圈之间留有足够的气隙,有时原绕组和副绕组之间也留有气隙。而不是强调铁芯和绕组的整体性,因而不希望铁芯与绕组中间有气隙。也不是设计成绕组填满整个窗口,从而保证其机械稳定性。线圈和磁芯既然不是一个整体,必须分别用夹件固紧,才能保证各自的机械稳定性。同时,为了保证足够的绝缘距离,线圈两端和绕组之间都必须留有气隙,不可能用绕组填满整个窗口。

为了防止高频电源变压器从里向外和从外向里的电磁干扰,有些磁芯结构在窗口外面有封闭和半封闭的外壳。封闭外壳屏蔽电磁干扰作用好,但散热和接线不方便,必须留有接线孔和出气孔。半封闭外壳,封闭的地方起屏蔽电磁干扰作用,不封闭的地方用于接线和散热。窗口完全开放,接线和散热方便,屏蔽电磁干扰作用差。

4.3 磁芯参数

高频电源变压器磁芯参数设计中,要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制,还要受损耗的限制,同时还与功率传送的工作方式有关。

对变压器功率传送方式的磁通单方向变化工作模式,ΔB=Bm-Br,既受饱和磁通密度限制,又更主要地是受损耗限制。但是单方向变化的高频电源变压器工作时,沿局部磁滞回线来回变化,磁芯损耗比双方向变化沿大的磁滞回线来回变化小,只有它的30%~40%。而材料测试时是按正弦波双向激磁条件下变化的ΔB为2Bm进行的。因此,Bm可以取材料测试损耗值时,选取的B值高一倍以上。Br

受材料磁滞回线上的Br限制,可以用开气隙的办法来降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB。虽然开气隙后,激磁电流有所增加,但增大ΔB后可以减少磁芯体积,还是值得的。对变压器功率传送方式磁通双方向变化工作模式,ΔB=2Bm,工作的磁滞回线包围的面积比局部回线大得多,损耗也大得多,Bm主要受损耗限制,在双方向变化工作模式中,还要注意由于各种原因造成激磁的正负变化的伏秒面积不相等,而出现直流偏磁问题。可以在磁芯磁路中加一个小气隙,或者在电路设计时加隔直流电容,或者采用电流型控制来解决。

对电感器功率传送方式,磁导率是有气隙后的等值磁导率,一般都比磁化曲线测出的磁导率小。可以在确定磁芯结构后,直接测试它。设计要点一文中的高频电

源变压器采用电感器功率传送方式。不知道为什么不提选用的磁导率,而提BAC 或者Bm?也不提BAC或Bm与损耗的关系?

4.4 线圈参数

高频电源变压器设计的线圈参数包括:匝数,导线截面(直径),导线形式,绕组排列和绝缘安排。

原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感(储存能量)来决定,匝数不能过多,也不能过少。如果匝数过多,会增加漏感和绕线工时;如果匝数过少,在外加激磁电压比较高时,有可能使匝间电压降和层间电压降增大,而必须加强绝缘。

副绕组匝数由输出电压决定。高频电源变压器主要用于高频开关电源。开关电源可以对输出电压进行调整,调整上限受允许的开关占空比限制。在从要求的负载电压计算变压器输出电压时,应考虑开关占空比,串联二极管压降和变压器的内阻抗压降。

导线截面(直径)决定于绕组的电流密度。绕组损耗(铜损)占总损耗比例比较大时,推荐电流密度取2~4A/mm2,铜损占总损耗比例比较小时,推荐电流密度取8~12A/mm2,但是,要经过变压器温升校核后进行必要的调整。还要注意的是导线截面(直径)的大小还与漏感有关。在同样匝数下,导线截面直径增加,内层排列的匝数减少,层数增加。而漏磁场分布靠近磁芯的内层大,外层小,与磁芯距离平方成反比例地衰减。这样,漏磁通大的内层交链的匝数减少从而使漏感下降。

设计要点一文中提出的绕组排列形式,是一般用的绕组排列方式:原绕组靠近磁芯,副绕组和反馈绕组逐渐向外排列。这种绕组排列形式并不理想。下面推荐两种绕组排列形式:

1)如果原绕组电压高(例如220V),副绕组电压低,可以采用副绕组靠近磁芯,接着绕反馈绕组,原绕组在最外层的绕组排列形式,这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排;

2)如果要增加原和副绕组之间耦合,可以采用一半原绕组靠近磁芯,接着绕反馈绕组和副绕组,最外层再绕一半原绕组的绕组排列形式,这样有利于减少漏感。

绝缘安排首先要注意使用的电磁线和绝缘件的绝缘材料等级,要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。等级低,满足不了耐热要求,等级过高,会增加不必要的材料成本。其次,对在圆柱形磁路上绕线的线圈,最好采用线圈骨架,既可以保证绝缘,又可以简化绕线工艺。还有,线圈最外层和最里层,高压和低压绕组之间都要加强绝缘。如果一般绝缘只垫一层绝缘薄膜,加强绝缘应垫2~3层绝缘薄膜。

4.5 组装结构

高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯,都采用卧式组装结构,上下表面比较大,有利于散热

或者附加散热器,高度低,有利于安装在印刷电路板上。组装结构中采用的夹件和接线端子等尽量采用标准件,以便于外协加工,降低成本。

4.6 温升校核

温升校核可以通过计算和样品测试来进行。一般通过样品试验进行温升核算的比较多一些。如果样品试验温升不超过允许温升,可以通过。但是试验温升低于允许温升15℃以上,要对绕组的电流密度和

导线截面进行调整,适当增加电流密度和减少导线截面。如果样品试验温升超过允许温升,则要对绕组的电流密度和导线截面进行调整,适当减少电流密度和增加导线截面。如果增加导线截面,窗口绕不下,要增加磁芯尺寸。如果样品试验磁芯温升超过允许温升,则要增加磁芯的散热面积,加大磁芯。

5 结语

高频电源变压器随着工作频率的提高,设计不断发生变化,不断出现新的软磁材料,新的磁芯结构,新的导线材料和绝缘材料,新的线圈结构和组装结构等等,不断出现新的设计方法,就象登山一样,不断攀上新的台阶。

反激变压器的详细公式的计算

单端反激开关电源变压器设计 单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感,它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。 1、已知的参数 这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定,包括:输入电压V in、输出电压V out、每路输出的功率P out、效率η、开关频率f s(或周期T)、线路主开关管的耐压V mos。 2、计算 在反激变换器中,副边反射电压即反激电压V f与输入电压之和不能高过主开关管的耐压,同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定: V f=V Mos-V inDCMax-150V 反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后,就可以确定原、副边的匝比了。 N p/N s=V f/V out 另外,反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态,根据在稳态下,变压器的磁平衡,可以有下式: V inDCMin?D Max=V f?(1-D Max) 设在最大占空比时,当开关管开通时,原边电流为I p1,当开关管关断时,原边电流上升到I p2。若I p1为0,则说明变换器工作于断续模式,否则工作于连续模式。由能量守恒,我们有下式: 1/2?(I p1+I p2)?D Max?V inDCMin=P out/η 一般连续模式设计,我们令I p2=3I p1 这样就可以求出变换器的原边电流,由此可以得到原边电感量: L p= D Max?V inDCMin/f s?ΔI p 对于连续模式,ΔI p=I p2-I p1=2I p1;对于断续模式,ΔI p=I p2 。 可由A w A e法求出所要铁芯: A w A e=(L p?I p22?104/ B w?K0?K j)1.14 在上式中,A w为磁芯窗口面积,单位为cm2 A e为磁芯截面积,单位为cm2 L p为原边电感量,单位为H I p2为原边峰值电流,单位为A B w为磁芯工作磁感应强度,单位为T K0为窗口有效使用系数,根据安规的要求和输出路数决定,一般为0.2~0.4 K j为电流密度系数,一般取395A/cm2 根据求得的A w A e值选择合适的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯,这样磁芯

开关电源-高频-变压器计算设计

要制造好高频变压器要注意两点: 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组:初级绕组绕完,要加绕(3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量,也增大了初级和次级之间的绝缘强度,契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出,而且输出之间是不共地的为了减小漏感,让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝,则为了改善耦合状况,仍是应当设法将它布满完好的一层,如能够选用多根导线并联的方法,有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时,处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出,次级绕组间不需要采用绝缘阻隔,从而使变压器的绕制愈加紧凑,变压器的磁耦合得到加强,能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组:初级绕组应放在最里层,这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短,从而使整个绕组的用线为最少,这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下,变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组,可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边,使初级绕组得到其他绕组的屏蔽,有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边,使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端,可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组:偏压绕组绕在初级和次级之间,仍是绕在最外层,和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间,这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层,这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合,而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层,若是偏压绕组的匝数很少,则能够采用加粗偏压绕组的线径,或许用多根导线并联绕制,改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干,相同也改善了选用初级电压来调理电源时,次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算?很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题,那么我们应该

高频开关电源变压器的动态测试

高频开关电源变压器的动态测试 (JP2581B+JP619B材料功耗测量系统应用笔记之一) 1 引言 目前,对高频开关电源变压器电磁参数‘测试’大约使用两种方法:一种是用LCR表测量一些基本电磁参数,例如,开关电源变压器初次级电感、漏感、分布电容、绕组直流电阻以及匝比、相位等,我们称这种测试方法为’静态’测试;一种是将开关电源变压器放到主机上考核其工作情况,对已经定型生产的开关电源变压器,为考核外购磁芯质量,通过测量变压器工作温升判断磁芯的损耗比较直观简便。前一种方法因在弱场、低频低磁感应强度(例如Bm<0.25mT、f=1kHz)下测量,由于磁性材料特性的非线性、不可逆和对温度敏感,其在强场下工作与在弱场情况下工作电磁特性有很大不同。弱场下测量结果不能反映磁性器件工作在强场下的情况;后一种方法虽随主机在强场下应用,但不能得到被测器件电磁参数。磁芯损耗需要专用仪器才能测量。 高频开关电源变压器的上述测试分析现状影响了此类器件的开发和生产。 需要开发一种仪器或测试系统,这种测试系统能够模拟实际工作条件,完成对高频开关电源变压器主要电磁参数分析,例如,各种负载(包括满载和空载)情况下变压器初级复数阻抗z、有效初级电感L,通过功率Pth、功率损耗PT、传输效率η以及在指定频率下磁芯的传输功率密度等,我们称这种模拟实际工作条件的测试为‘动态’测试。作为磁性器件综合测试系统,还要求具有对磁芯材料功率损耗分析功能。在电磁机器进一步小型化、高频化和采用高密度组装情况下对器件进行‘动态’分析,对加速象高频开关电源之类的电磁器件开发、提高器件质量显得特别重要。 2 测试系统简介 JP2581B+JP619B材料功耗及器件功率测量系统是一种交流电压、电流和功率精密测量装置。其主要测量功能、指标和测量精度非常适用于磁性材料和磁性器件(例如,开关电源变压器)研究开发和磁芯产品快速检测。该系统配套完整,自成体系,无需用户增加额外投资,系统主要测试功能如下: 1、软磁材料及器件交流功率损耗(总功耗PL , 质量比功耗 Pcm , 体积比功耗 Pcv)测量; 2、磁性材料振幅磁导率μa测量; 3、磁芯(有效)振幅磁导率(μa)e测量; 磁芯因素(AL)e.测量 以上测量均符合IEC367--1(或GB9632--88)标准中推荐的测量方法。 4、电感、电容及组成器件(例如,开关电源变压器)等效电磁参数的动态测量和分析; 5、由测量结果分析器件下列参数: z |z| Ls Rs Lp Rp C Q D。 测试系统具有如下使用、操作特点:

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

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

各种开关电源变压器各种高频变压器参数EEEEEEEIEI等等的参数

功率铁氧体磁芯 常用功率铁氧体材料牌号技术参数 EI型磁芯规格及参数

PQ型磁芯规格及参数 EE型磁芯规格及参数 EC、EER型磁芯规格及参数

1,磁芯向有效截面积:Ae 2,磁芯向有效磁路长度:le 3,相对幅值磁导率:μa 4,饱和磁通密度:Bs 1磁芯损耗:正弦波与矩形波比较 一般情况下,磁芯损耗曲线是按正弦波+/-交流(AC)激励绘制的,在标准的和正常的时候,是不提供极大值曲线的。涉及到开关电源电路设计的一个共同问题是正弦波和矩形波激励的磁芯损耗的关系。对于高电阻率的磁性材料如类似铁氧体,正弦波和矩形波产生的损耗几乎是相等的,但矩形波的损耗稍微小一些。材料中存在高的涡流损耗(如大 一般情况下,具有矩形波的磁芯损耗比具有正弦波的磁芯损耗低一些。但在元件存在铜损的情况下,这是不正确的。在变压器中,用矩形波激励时的铜损远远大于用正弦波激励时的铜损。高频元件的损耗在铜损方面显得更多,集肤效应损耗比矩形波激励磁芯的损耗给人们的印象更深刻。举个例子,在 20kHz、用17#美国线规导线的绕组时,矩形波激励的磁芯损耗几乎是正弦波激

励磁芯损耗的两倍。例如,对于许多开关电源来说,具有矩形波激励磁芯的 5V、20A和30A输出的电源,必须采用多股绞线或利兹(Litz)线绕制线圈,不能使用粗的单股导线。 2Q值曲线 所有磁性材料制造厂商公布的Q值曲线都是低损耗滤波器用材料的典型曲线。这些测试参数通常是用置于磁芯上的最适用的绕组完成的。对于罐形磁芯,Q值曲线指出了用作生成曲线时的绕组匝数和导线尺寸,导线是常用的利兹线,并且绕满在线圈骨架上。 对于钼坡莫合金磁粉芯同样是正确的。用最适合的绕组,并且导线绕满了磁芯窗口时测试,则Q值曲线是标准的。Q值曲线是在典型值为5高斯或更低的低交流(AC)激励电平下测量得出的。由于在磁通密度越高时磁芯的损耗越大,故人们警告,在滤波电感器工作在高磁通密度时,磁芯的Q值是较低的。3电感量、AL系数和磁导率 在正常情况下,磁芯制造厂商会发布电感器和滤波器磁芯的AL系数、电感量和磁导率等参数。这些AL的极限值建立在初始磁导率范围或者低磁通密度的基础上。对于测试AL系数,这是很重要的,测试AL系数是在低磁通密度下实施的。 某些质量管理引入检验部门,希望由他们用几匝绕组检查磁芯,并用不能控制频率或激励电压的数字电桥测试磁芯。几乎毫不例外,以几百高斯、若干

EI 铁芯电源变压器计算步骤

铁芯电源变压器计算步骤 编写者:黄永吾 已知变压器有以下主要参数: 初级电压U1=220V, 频率f=50Hz 次级电压U2=20V, 电流I2=1A 其他一些要求如安规、温升、电压调整率、环境、(防潮、防震、防灰尘等)、工作状态、寿命等。

型变压器设计软件计算步骤如下: 1.计算变压器功率容量: 2.选择铁芯型号: 3.计算铁芯磁路等效长度: 4.计算铁芯有效截面积: 5.计算变压器等效散热面积: 6.计算铁芯重量: 7.计算胶芯容纳导线面积: 8.初定电压调整率: 9.选择负载磁通密度: 10.计算匝数: 11.计算空载电流: 12.计算次级折算至初级电流: 13.计算铁芯铁损: 14.计算铁损电流: 15.计算初级电流:

16.计算各绕组最大导线直径: 17.校核能否绕下: 18.计算各绕组平均长度: 19.计算各绕组导线电阻: 20.计算各绕组导线质量: 21.计算各绕组铜损: 22.计算各绕组次级空载电压: 23.核算各绕组次级负载电压: 24.核算初级电流: 25.核算电压调整率: 重复8~25项计算三次: 26.修正次级匝数: 重复8~25项计算三次: 27核算变压器温升:

型变压器设计软件计算步骤如下: 1. 计算变压器功率容量:以下为结构计算: 2. 选择铁芯型号:16.计算各绕组最大导线直径: 3. 计算铁芯磁路等效长度:17.校核能否绕下: 4. 计算铁芯有效截面积:18.计算各绕组平均长度: 5. 计算变压器等效散热面积:19.计算各绕组导线电阻: 6. 计算铁芯重量: 20.计算各绕组导线质量: 7. 计算胶芯容纳导线面积:21.计算各绕组铜损: 8. 初定电压调整率:22.计算各绕组次级空载电压: 9. 选择负载磁通密度: 23.核算各绕组次级负载电压: 10.计算匝数:24.核算初级电流: 11.计算空载电流: 25.核算电压调整率: 12.计算次级折算至初级电流:重复8~24项计算三次: 13.计算铁芯铁损:26.修正次级匝数: 14.计算铁损电流:重复8~24项计算三次: 15.计算初级电流: 27.核算变压器温升:

高频变压器大全

EF型高频变压器详细资料 ?EF型高频变压器 ?各种电子、电器线路的必需元件之一 ?做工优良,品质保证 ET型高频变压器详细资料 具有杂散电容小,纹波系数低,电感偏差小等特点用于彩色电视电源,液晶显示电源,电脑开关电源,电子镇流器等主要型号有:DL-ET24、DL-ET28、DL-ET28A等 EFD型高频变压器详细资料 EFD型变压器是为了适应超薄型开关电源而设计的一款高频变压器。它拥有扁型的铁氧体磁芯,它的形状能同时满足电源变压器高功率的要求和超薄体积的要求,同样也能适应开关电源在温升方面的要求,但对

PCB板的要求会提高;其它性能接近于EE型和EC型变压器。 EFD变压器常用型号有EFD15,EFD20,EFD25,EFD30等.

ER/EC型高频变压器详细资料 EC/ER型变压器是基本型的铁氧体磁芯,它们被广泛用于开关电源及和多种电子线路中,振荡方式有全桥,半桥,单端式,谐振式,推挽式线路等,具有优良的材料特性,适用于典型的变压器结构,EC/ER磁芯的圆柱型中心柱,使之绕线较为容易,并增大了绕组的截面积,可增大输出功率,适用于各种开关电源变压器和阻流线圈。 EC型变压器的型号有EC2820,EC3542,EC4042,EC4950,EC5345,EC70等。 下表列出部分产品的外形尺寸及输出功率。 随着磁材特性和工作频率的不同,最大输出功率会有所不同,表中数据仅供参考。 测试条件1KHz/1V,耐压AC2000V,绝缘电阻:DC500V ≥200MΩ。 序号规格 外型尺寸mm参考VA重量A B C f=50KHz f=100KHz参考值g 1EC-28283430425835 2EC-3535462910015078 3EC-40404732180290110 4EC-42424741240380125 5EC-494958536501000191以上数据仅供参考。 EI型高频变压器详细资料

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

最新开关电源高频变压器

开关电源高频变压器

开关电源变压器设计 (草稿) 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.

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. Vo. Ta. U. F D max…………. 材料选择参数 CORE: P. Pc. u i. A L. Ae. Bs……. 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℃……..

开关电源之高频变压器设计

开关电源之高频变压器设计 发表时间:2019-06-18T17:24:32.980Z 来源:《科技研究》2019年4期作者:张升 [导读] 本文主要介绍高频变压器具体参数的确定、及其在设计过程应当注意的问题及并提出相应的解决办法。 (中山市木林森光电有限公司 528415) 摘要:开关电源设计中的难点之一就是高频变压器的设计,由于高频变压器是开关电源中进行能量储存和能量传输的重要部件,其合理性与参数计算的正确性将直接影响到开关电源的整体性能。而衡量高频变压器的好坏,除了要考虑一般变压器中涉及的效率、运行特性等方面,还要考虑到其交直流损耗、漏感、线圈本身分布参数等诸多方面影响。本文主要介绍高频变压器具体参数的确定、及其在设计过程应当注意的问题及并提出相应的解决办法。 关键词:开关电源;高频变压器;设计要点 1 开关电源之高频变压器的主要构成及分类 从广义上来说,凡以半导体功率的开关器件为开关管,经对开关管进行高频开通以及关断控制,会将电能形态转化为其他电能形态装置,这就是所谓的开关转换器。用开关转换器作为主要的组成部件,以闭环自动控制来稳定它的输出电压,并且在电路中增加保护环节电源,此为开关电源。若用高频DC/DC 转换器作为开关电源工作时的开关转换器则就成为高频开关电源。高频开关电源基本的路线是由开关型的功率变换器,整流滤波电路,交流直线转换电路以及控制电路组成。高频开关电源变压器分类方式: (1)按照驱动方式的不同可以分为他激式和自激式; (2)按照电路的拓扑结构可以分为隔离式和非隔离式;前者包括正激式,反激式与半桥式,全桥式,推挽式;后者包括降压型与升压型等; (3)按照输出输入间是否有着电器隔离,可将其分为隔离式与非隔离式; (4)按照DC 转换器/DC 开关条件,可将其分为硬开关以及软开关。 2 开关电源之高频变压器的设计要点 2.1 整体设计 对于实用的可调开关电源,需能控制输出电压在合适的范围内调节,并且保证电流不超过所设计的最大值。高压可调高频开关电源设计方案的结构框。采用电压补偿网络和电流补偿网络,能设定输出电压和最大工作电流。当工作电流超过设定的最大电流时,电压无法继续升高,从而起到保护电源的作用。 DC/DC 变换器采用半桥拓扑结构,使用采样电阻采集输出电压和输出电感电流,电压补偿网络和电流补偿网络均使用运算放大器构成有源校正网络,补偿网络输出的2 个控制量通过最小函数选择后再输出给DC/DC 变换器,这样就构成了一种控制输出电压和限制最大工作电流的电源设计方案。 2.2 主电路设计 半桥拓扑的其晶体管在关断时承受的电压应力为VDC,在输入网压为220 V 的市场中得到广泛应用。作为一种比较成熟的隔离型拓扑结构,其主电路设计的难点在于高频变压器设计。在升压变压器的应用场合,由于匝比的关系,副边匝数可能远远大于原边,这会导致变压器体积过大,不适合现场应用。通过改进型半桥拓扑结构能够使副边匝数相对于传统的进型半桥拓扑结构能够使副边匝数减少50%,有利于减小电源体积和节省成本。 高频变压器设计时要科学选择变压器磁芯,工程上最常用的方法为AP 法。AP=AeAw,Ae 为磁芯横截面面积,Aw 为磁芯窗口面积。计算原边和副边绕组的匝比和线径。设变换器输出电压为Aout,考虑10%输出余量及二极管和输出电感的压降。再计算原边和副边导线的线径。导线的线径由流过导线电流的有效值决定,对于变压器一般选择电流密度Jcmil/A 为300-500cmil/A。 2.3 参数优化设计 高频变压器的设计参数之间相互依存和相互制约,因而在设计时我们应该对各参数进行合理折中,根据应用场合的不同,应当首先去满足那些占支配地位的影响因素,之后再权衡其他参数的影响。由于参数间的相互依存与制约,在设计时将所有参数都达到最佳是很难做到的,例如,变压器效率与体积之间的矛盾,漏感与分布电容不能同时减小等。因此,在优化设计的过程中,我们选取了相对重要的参数进行分析。 (1)温升 在变压器工作的过程中,铁芯以及绕组中的损耗会产生热量,使得变压器的温度升高,同时这些热量会通过辐射与对流的方式在周围环境中进行传递。我们应该对温升加以控制,从而防止绕组被烧,磁芯的性能下降和变压器热击穿等问题的出现。在变压器的温升计算中,一般会把磁芯和绕组的损耗合在一起,并且假设热量经过磁芯与绕组后整个的表面积会均匀消散。 (2)分布参数 漏感与分布电容是高频变压器的主要分布参数,分布参数在高频下对开关电源性能的影响十分重要。对于开关式的变换器,漏感能够导致电压尖峰,对电路中的部分器件产生不必要的损坏,而分布电容则会引起电流尖峰并且延长充电的时间,会对开关和二极管造成较大的损耗,从而使变压器的效率以及可靠性降低,所以,在此种工作模式下,我们会尽可能减小变压器的分布参数;而对于谐振式的变换器,可以吸收和利用变压器分布参数,可全作为谐振参数或者其中一部分,因而在这种模式下,应该准确设计分布电容与漏感的值。 (3)损耗分析 一是磁芯损耗分析。高频变压器所采用的磁芯材料必须具备低损耗、稳定性好、温度特性优良、饱和磁感应强度高等特性,业内最常见的磁芯材料包括软磁铁氧体、坡莫合金和非晶态合金3种,其中应用最广的当数锰锌铁氧体。该种材料具有较高的磁导率和居里温度、温度特性稳定且具有明显的负温度特性,可以较好地解决高频变压器的容量、损耗、体积、重量、散热等一系列问题。从磁芯损耗上考虑,鉴于传统的硅钢和铁氧体等损耗模型已不能满足高频领域的性能要求,可以采用低矩形比的新型铁基纳米晶合金,在串联谐振电路单元中,通过把一个完整的充电周期切分为多个开关子周期,由各子周期磁通密度的增量求出相应的功率损耗,最后通过求和即可计算出磁芯

推挽式开关电源的变压器参数计算

推挽式开关电源的变压器参数计算 用的开关变压器有两个初级线圈,它们都属于励磁线圈,但流过两个线圈的电流所产生的磁力线方向正好相反,因此,推挽式开关电源变压器属于双激式开关电源变压器;另外,推挽式开关电源变压器的次级线圈会同时被两个初级线圈所产生的磁场感应,因此,变压器的次级线圈同时存在正、反激电压输出;推挽式开关电源有多种工作模式,如:交流输出、整流输出、直流稳压输出,等工作模式,各种工作模式对变压器的参数要求会有不同的要求。 1-8-1-4-1.推挽式开关电源变压器初级线圈匝数的计算 由于推挽式变压器的铁心分别被流过变压器初级线圈N1绕组和N2两个绕组的电流轮流进行交替励磁,变压器铁心的磁感应强度B,可从负的最大值-Bm,变化到正的最大值+Bm,因此,推挽式变压器铁心磁感应强度的变化范围比单激式变压器铁心磁感应强度的变化范围大好几倍,并且不容易出现磁通饱和现象。 推挽式变压器的铁心一般都可以不用留气隙,因此,变压器铁心的导磁率比单激式变压器铁心的导磁率高出很多,这样,推挽式变压器各线圈绕组的匝数就可以大大的减少,使变压器的铁心体积以及变压器的总体积都可以相对减小。 推挽式开关电源变压器的计算方法与前面正激式或反激式开关电源变压器的计算方法大体相同,只是对变压器铁心磁感应强度的变化范围选择有区别。对于具有双向磁极化的变压器铁心,其磁感应强度B的取值范围,可从负的最大值-Bm变化到正的最大值+Bm。 关于开关电源变压器的计算方法,请参考前面“1-6-3.正激式变压器开关电源电路参数计算”中的“2.1 变压器初级线圈匝数的计算”章节中的内容。 根据(1-95)式:

(1-150)式和(1-151)式就是计算双激式开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的公式。式中,N1为变压器初级线圈N1或N2绕组的最少匝数,S为变压器铁心的导磁面积(单位:平方厘米),Bm为变压器铁心的最大磁感应强度(单位:高斯);Ui为加到变压器初级线圈N1绕组两端的电压,单位为伏;τ = Ton,为控制开关的接通时间,简称脉冲宽度,或电源开关管导通时间的宽度(单位:秒);F为工作频率,单位为赫芝,一般双激式开关电源变压器工作于正、反激输出的情况下,其伏秒容量必须相等,因此,可以直接用工作频率来计算变压器初级线圈N1绕组的匝数;F和τ取值要预留20%左右的余量。式中的指数是统一单位用的,选用不同单位,指数的值也不一样,这里选用CGS单位制,即:长度为厘米(cm),磁感应强度为高斯(Gs),磁通单位为麦克斯韦(Mx)。 1-8-1-4-2.推挽式开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算 A)交流输出推挽式开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算 推挽式开关电源如果用于DC/AC或AC/AC逆变电源,即把直流逆变成交流输出,或把交流整流成直流后再逆变成交流输出,这种逆变电源一般输出电压都不需要调整,因此电路相对比较简单,工作效率很高。 用于逆变的推挽式开关电源一般输出电压都是占空比等于0.5的方波,由于方波的波形系数(有效值与半波平均值之比)等于1,因此,方波的有效值Uo与半波平均值Upa相等,并且方波的幅值Up与半波平均值Upa也相等。所以,只要知道输出电压的半波平均值就可以知道有效值,再根据半波平均值,就可以求得推挽式开关电源变压器初、次级线圈匝数比。 根据前面分析,推挽式变压器开关电源的输出电压uo,主要由开关电源变压器次级线圈N3绕组输出的正激电压来决定。因此,根据(1-128)、(1-129)、(1-131)其中一式就可以出推挽式变压器开关电源的输出电压的半波平均值。由此求得逆变式推挽开关电源变压器初、次级线圈匝数比: n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui ——变压比,D为0.5时(1-152) (1-152)式就是计算逆变式推挽开关电源变压器初、次级线圈匝数比的公式。式中,N1为开关变压器初级线圈两个绕组其中一个的匝数,N3为变压器次级线圈的匝数,Uo输出电压的有效值,Ui为直流输入电压,Upa输出电压的半波平均值。 (1-152)式还没有考虑变压器的工作效率,当把变压器的工作效率也考虑进去时,最好在(1-152)式的右边乘以一个略大于1的系数。 B)直流输出电压非调整式推挽开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算 直流输出电压非调整式推挽开关电源,就是在DC/AC逆变电源的交流输出电路后面再接一级整流滤波电路。这种直流输出电压非调整式推挽开关电源的控制开关K1、K2的占空比与DC/AC逆变电源一样,一般都是0.5,因此,直流输出电压非调整式推挽开关电源变压器初、次级线圈匝数比可直接利用(1-152)式来计算。即: n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui ——次/初级变压比,D为0.5时(1-152) 不过,在低电压、大电流输出时,一定要考虑整流二极管的电压降。 C)直流输出电压可调整式推挽开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算

开关电源高频变压器制作方法及关键点

开关电源高频变压器制作方法及关键点 高频变压器经常出现在中频到高频转换的电路中,应用最为广泛。变压器的好坏将直接影响到高频电源的性能及安全性。接下来将介绍绕制高频逆变电源中变压器的两个关键点,只要掌握了这两点,就能轻松完成绕制。 1、多股绕制 在绕制变压器时一定要注意不要使用单一一根粗铜线来绕制,而是需要每个绕组多股细铜线的模式。因为高频交流电有集肤效应。所谓集肤效应,简单地说就是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的(实际是越靠近导线中轴电流越弱,越靠近导线表面电流越强)。采用多股细铜线并在一起绕,实际就是为了增大导线的表面积,从而更有效地使用导线。 至于截面积,我们通过举例来说明,使用直径2.5毫米与0.41毫米的单根漆包线,均能达到截面积的要求。然而,第二种方法导线的表面积大得多,第一种方法导线的表面积为:单股导线截面周长×股数×绕组总长度=2.5×3.14×1× L=7.85L,第二种方法导线的表面积为:单股导线截面周长×股数×绕组总长度=0.41×3.14×38×L=48.92L,后者是前者的48.92L/7.85L=6.2倍。导线有效使用率更高,电流更通畅,并且因为细导线较柔软,更好绕制。次级75T高压绕组用3~5根并绕即可。 02、分层分段绕制 在铜线的股数之外,层与段的分别也是变压器绕制中重要的一环。这种绕法主要目的是减少高频漏感和降低分布电容。例如上述变压器的绕法,初级分两层,次级分三层三段。 具体步骤: 第一步当中需要注意的就是绝缘纸的厚度,绝缘纸越薄越好,在绕制第一段时就将引出线头接好,用5根并绕次级高压绕组25T,线不要剪断,然后包一层绝缘纸(绝缘纸要薄,包一层即可,否则由于以下多次要用到绝缘纸,有可能容不下整个线包),准备绕初级低压绕组的一半。 第二步的关键点是预留,要在低压绕组的绕制进行到一半时,预留出多余的线头,方便在后面引出线。以下初级用“预留”一词时同理。用19根并绕3T,预留中心抽头,再并绕3T,预留引出线(尾),线剪断。在具体操作时这里还有一个技巧,即由于股数多,19股线一次并绕不太方便,扭矩张力也大,就可以分做多次,如这里可分做三次,每次用线6到7股,这样还可绕得更平整。注意三次的头、中、尾放在一起,且绕向要相同。然后又包一层绝缘纸,准备绕次级高压绕组第二段。 第三步,在进行到高压绕组的第二阶段时,可以将之前没有剪断的次级高压绕组线翻转上来(注意与前面的初级绕组线不要相碰,必要时可用绝缘纸隔开),又

开关电源中高频变压器绕制心得

开关电源中高频变压器绕制心得 1:使用专用的变压器设计软件PIXls Designer和PI TRANSFORMER Designer,将需要的参数,如输入电压范围、输出电压要求、偏置电压大小、变压器估计功率、功率因数、额定负载、初级线圈层数、次级线圈匝数等参数输入,PI软件会根据用户输入的参数给出一个合理的变压器参数,然后设计人员就可以根据给出的参数绕制变压器了,软件给出的会有以下参数:初级线圈、反馈线圈、次级线圈的层数、匝数、线经大小、绕制的方向、气隙大小、线圈与线圈之间的胶带的层数、骨架型号、磁芯型号、浸漆要求等。 2:有了这些参数后就可以绕制变压器了,在绕制变压器之前先给骨架的脚编上一个号码,例如我们现在需要绕制一个输入电压是+24V,输出1是+9V,输出2是+15V的变压器,要求2输出端的功率都为1.5W,那么这个变压器的绕制方法如下: 初级线圈的绕制方法:从引脚2开始,使用线径0.19毫米的漆包线绕骨架53圈,估计有两层,绕线应尽量平整。在引脚1结束,绕完后用绝缘胶布裹两层。 偏置线圈的绕制方法:从引脚5开始,使用线径0.13毫米的漆包线绕骨架27圈至引脚4结束,绕完后用绝缘胶布裹两层,再用一层绝缘胶布裹住除了引脚以外的其他所有有线圈露出的地方。9V端线圈绕制方法:用绝缘胶布裹在7脚与6脚底,使用线径0.35毫米的漆包线,从7脚开始绕20圈至6脚结束,用绝缘胶布裹两层。再用绝缘胶布裹住7脚6脚以外的绕线。 15V端线圈绕制方法:用绝缘胶布裹在10脚9脚底,使用线径0.19毫米的漆包线,从10脚开始绕34圈到9脚结束,用绝缘胶布裹两层,然后装上两快磁芯,在两磁芯中间放0.3MM厚的纸(即气隙,大约4层白纸厚度),压平后用胶布把磁芯与骨架裹在一起。(说明绝缘胶布均指4KV绝缘胶) EPC13骨架引脚图如下: 3:测试变压器输出及带负载能力 测试方法: 将绕好的变压器安装在已经实验成功的测试板上,检测电路输出及带负载能力,若输出端和带负载能力正常后方可测试变压器耐压能力。 4: 测试变压器耐压能力.

电源变压器计算

电源变压器计算 “乙猪”同学提出电源变压器计算问题,他的要求是做6P3PX2单端: 高压输出:330V,140ma ; 灯丝1:5V,3A; 灯丝2:6.3v,3A, 初、次级间应加有屏蔽层。 计算如下: (1)计算变压器功率容量(输入视在功率): P =(1.4×高压交流电压×电流+3组(灯丝电压×电流))/ 效率 =(1.4×330×0.140+5×3+6.3×3/ 0.9 =(64.7+15+18.9)/ 0.9 =110VA (2)计算原边电流 I1=1.05×P / 220=0.525A (3)按照选定的电流密度(由计划的连续时间决定),选取漆包线直径。 按照2.5A/mm2计算,则D=0.70×√I 并规整为产品规格里有的线径(可查资料): 按照线材规格表选定: 原边直径D1=0.51mm 高压绕组直径D2=0.23mm 灯丝绕组1直径D3=1.2mm 灯丝绕组2直径D4=1.2mm 验算实际单位面积载流密度: 原边(0.51mm,截面积0.2043 mm2,通过电流0.525A)载流密度:2.57A/mm2 高压绕组(0.23mm,截面积0.04155mm2,通过电流0.7×0.140A)载流密度:2.36A/mm2 灯丝绕组1(1.2mm,截面积1.131mm2,通过电流3A)载流密度:2.65A/mm2 灯丝绕组2(1.2mm,截面积1.131mm2,通过电流3A)载流密度:2.65A/mm2 (4) 铁心需要截面面积 S0=1.25√P =1.25×√110=13.1CM2 (5)手头现有铁心: 手头现有铁芯型号舌宽=34MM=3.4CM 手头现有铁芯叠厚5.2CM 铁心截面面积17.68CM2 (6)手头现有铁心有效截面积: S1=舌宽×叠厚/ 1.1 =16.07 CM2 可用。 (7)计算每伏匝数 计算式:每伏匝数n=(45000)/(B×S1) 其中B=10000-12000(中等质量硅钢片) 或15000(Z11等高质量硅硅片) 或8000(电动机用硅钢片)。 S1:铁心有效截面积,等于(舌宽×叠厚)/1.1 手头现有铁芯是中等质量铁心,取B=11000 则: n=450000 / B×S1 =450000 /(11000×16.07) =2.545 ( T / V ) (8)计算每组匝数 原边圈数:N1=220n=220×2.545×0.95=532(T) 副边高压:N3=330×1.05×n=880(T)--这是一半,还要再×2=1760T。 灯丝1(5V):N4=5×1.05×n=13(T),

详解高频逆变器中高频变压器的绕制方法

详解高频逆变器中高频变压器的绕制方法 高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器,大大减小了逆变器的体积和重量。在高频链的硬件电路设计中,高频变压器是重要的一环。 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。高的电阻率,则涡流小,铁耗小。铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。 高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。 注意: 1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。 2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。 单片开关电源高频变压器的设计要点 高频变压器是单片开关电源的核心部件,鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性,为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法,可供高频变压器设计人员参考。 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994~2001年,国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-

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