高频变压器的设计hao

高频变压器的设计公式电源高频变压器的设计方法简介设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反应式电流不连续电源高频变压器为例，向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。

设计目标：电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz，输出电压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。

设计步骤：1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会到达峰值，此值等于功率管的峰值电流。

由电感的电流和电压关系V=L*di/dt可知：输入电压：Vin(min)=Lp*Ipp/Tc 取1/Tc=f/Dmax，那么上式为：Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax其中： V in ：直流输入电压，VLp ：高频变压器初级电感值，mHIpp ：变压器初级峰值电流，ADmax：最大工作周期系数f ：电源工作频率，kHz在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：Pout=1/2*Lp*Ipp2*f将其与电感电压相除可得：Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f) 由此可得：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)其中：Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流涟涉及二极管压降)=232V，取最大工作周期系数Dmax=0.45。

那么：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A当功率管导通时，集极要能承受此电流。

2、求最小工作周期系数Dmin 在反应式电流不连续电源中，工作周期系数的大小由输入电压决定。

Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]其中：k=Vin(max)/Vin(min)Vin(max)=260V*1.4-0V(直流涟波)=364V，假设允许10%误差，Vin(max)=400V。

高频变压器设计解读高频变压器是现在电子变压器行业关注的热点，想来很多工程师对高频变压器的设计方法应该都挺感兴趣的，今天和大家分享高频变压器设计方法的详解，希望对大家有用。

高频变压器的设计包括：线圈参数的设计，磁芯材料的选择，磁芯结构的选择，磁芯参数的设计，组装结构的选择等内容。

下面对高频变压器线圈参数的计算与选择、磁芯材料的选择、磁芯结构的选择、磁芯参数的设计和组装结构的选择进行详细介绍。

高频变压器线圈参数的计算与选择高频变压器的线圈参数包括：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[5]。

副绕组匝数由输出电压决定。

导线截面(直径)决定于绕组的电流密度。

还要注意的是导线截面(直径)的大小还与漏感有关。

高频变压器的绕组排列形式有：①如果原绕组电压高，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。

另外，当原绕组为高压绕组时，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。

对于绝缘安排，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。

另外，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。

高频变压器磁芯材料的选择高频变压器磁芯一般使用软磁材料。

怎样设计高频变压器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，在较大输出功率时，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、较简外围电路、较佳性能指标等优点，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-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

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。

高频变压器设计规范目录1.目的 (2)2.适用范围 (2)3.引用/参考标准或资料 (2)4.术语及其定义 (2)5.规范要求 (2)6.附录 (12)1.目的为了实现高频变压器设计的标准化，为我司工程师在设计变压器过程中提供参考，特制订此规范。

2.适用范围本规范适用于公司所有正激变压器及反激变压器的设计。

3.引用/参考标准或资料无。

4.术语及其定义正激变压器：因其初级线圈被直流电压激励时，次级线圈正好有功率输出而得名。

反激变压器：又称单端反激式变压器或Buck-Boost转换器。

因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名。

5.规范要求5.1高频变压器磁芯材料与几何机构在大多数开关电源的高频变压器中，常用的软磁材料有铁氧体，铁粉芯，恒导合金，非晶态合金及硅钢片。

主要应用软磁材料四个特性：磁导率高、矫顽力小及磁滞回线狭窄、电阻率高、具有较高饱和磁感应强度。

现我司高频变压器通常采用锰锌铁氧体材料。

磁芯厂家都生产了一系列不同材质的磁芯，各厂家有自己的命名规范。

以常用的PC40（TDK命名规范）材质为例，东磁表示为DMR40，天通则表示为TP4，实际性能差异几乎可忽略不计。

通常我们关注的磁芯参数主要有初始磁导率，饱和磁通密度Bs，剩磁Br，矫顽力Hc，功耗Pv，居里温度Tc，在高频变压器的设计以及日后应用过程中，这些参数往往起到非常重要的作用。

图1所示各种磁芯的几何形状有EE型、ETD型、PQ型等多种。

EE型、ETD型、PQ型也是我司高频变压器设计时通常采用的磁芯结构。

每种规格磁芯对应多种尺寸可供选择。

一般每种类型及尺寸的磁芯，其对应的骨架是一定的，变动一般在于pin数和pin针间距的不同，设计者可根据实际应用需求选择，也可以联系骨架厂商进行开模定制。

图5.1 各种几何结构的变压器磁芯图1 磁芯的几何形状5.2高频变压器常用材料介绍上节主要介绍了高频变压器的磁芯特性及结构，除此以外，要构成一个完整的高频变压器，主要材料还有：导线材料，压敏胶带，骨架材料。

Dianqi Gongcheng yu Zidonghua ♦电气工程与自动化高频变压器的设计方法和分布参数模型介绍陈尊杰1夏书生1钱峰1田煜2金平2(1.国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江杭州311608；2•河海大学，江苏南京210000)摘要:随着用户对用电质量和安全可靠性的要求越来越高，加上当前对变压器小型化、轻便化的要求，传统电力变压器已不能满足社会发展的需求。

研究表明，通过电力电子技术和变压器的 ，可 传统 压器质量 大 陷’高频变压器作为电力电子变压器(PET )的核心器件， 传 的作用，在未来有着很大的发展空间’现主要介绍高频变压器的设计方法和型,对高频 压器损耗和有重要作用°关键词：电力 子变压器(PET )；高频变压器 型0引C来，可能有高 和可电能质量等优点的电力电子变压器(Power Electronic Trans ­former ， PET )，为能 网的的研究 叭高频压器PET 的核 ， 的高频 压器性能的 ， 的 高频压器 和效率’因此，高频压器的和型 ，研Z °1电力电子变压器介绍1997年，来自美国德州农工大学的Moonshik Kang 博士设AC /AC的PET ， 压器 的能 1示’ 其样机启发，研究人员大都认可这既能降低变压器 的 和重量，还备更高的传能力和 的"2#°中高压交流DCAC低压交流AC/DC ACZAC高频交流高频变压器高频交流直流端口图1基于AC /AC 变换的PET 结构图2高频变压器的设计压器时，既要考虑 能 的难易，也要考虑建造、运行与维修成本，工作性能素’成本素包括压器 的 和量、材料 艺的经济性，工作性能素 压器的输出、最高工作、特温环境应用时可允许的最大温升’常用的 软件自动 、面 AP 、几何系KG 都能满足 压器的要求’软件，只需要 .压器参，便可通过内置算 动进行 ，简单便’但 本文的研究对象不是传统压器，使用材料不软件库中，难使用软件 高频压器’ 相对,AP 有成型的计算过程和 论依据，不 材料限制，也更常用， 本文 选择AP高频压器’2.1磁芯材料选择及其尺寸计算根据额压！N 、流"n 和磁通密度#m ，结合Ansys 仿真来选择磁芯材料。

高频电源变压器的设计原则概述开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等。

不同器件有不同的控制发热量的方法。

功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减小它的发热量，不仅可以提高功率管的可靠性，而且可以提高开关电源的可靠性，提高平均无故障时间（MTBF）。

开关管的发热量是由损耗引起的，开关管的损耗由开关过程损耗和通态损耗两部分组成，减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损耗；开关过程损耗是由于栅电荷大小及开关时间引起的，减小开关过程损耗可以选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。

但更为重要的是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减小损耗，如采用软开关技术，可以大大减小这种损耗。

减小功率二极管的发热量，对交流整流及缓冲二极管，一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗，可以通过选择高质量的二极管来减小损耗。

对于变压器二次侧的整流可以选择效率更高的同步整流技术来减小损耗。

对于高频磁性材料引起的损耗，要尽量避免趋肤效应，对于趋肤效应造成的影响，可采用多股细漆包线并绕的办法来解决。

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.高频电源变压器的设计原则重性能和效率，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。

所以高频电源变压器的“设计要点”，性能，成本，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10V A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。

高频变压器设计单端反激式开关电源中，高频变压器的设计是设计的核心。

高频变压器的磁芯一般用锰锌铁氧体，EE 型和EI 型，近年来，我国引进仿制了汤姆逊和TDK 公司技术开发出PC30,PC40高磁导率，高密度几个品种。

一、 计算公式单端反激式开关电源是以电感储能方式工作，反激式公式推导： 首先要计算出整流后的输入电压的最大值和最小值，如交流输入电压AC V （160~242V ），窄限范围；AC V （85~265V ），宽限范围。

整流后直流电压DC V =1.4*AC V （224~338V ）窄限范围；DC V =1.4AC V （119~371V ），宽限范围。

整流后直流纹波电压和整流桥压降一般取20V ，和滤波电容有关。

（1）初级峰值电流p I集电极电压上升率p in p cI V L t = (c t 电流从0上升到集电极电流峰值作用时间)取max1c ft D =min max**p p in L I f V D =公式中，min in V ： 是最低直流输入电压，V ； p L ：变压器初级电感量，H ；f ：开关频率，Hz ；输出功率等于存储在每个周期内的能量乘以工作频率。

21***2out p p P L I f =经进一步简化，就可以得到变压器初级电流峰值为min max2**outp c in P I I V D ==(2)初级电感量p L因为电感量*V S H I =(max D S f= ；1V*1S1mH=1A ) min max p L *in p V D I f=（3）关于最小占空比min D 和最大占空比max D最小占空比和最大占空比的设计可根据输入电压变化范围和负载情况合理决定，在输入电压比较高的情况下，如400VDC ，max D 可选0.25以下；在输入电压比较低的情况下，如110VDC , max D 可选0.45以下；max minin in V K V =；maxmin max max (1)*D D D K D =-+（4）磁芯的选择磁芯输出功率和磁芯截面积的经验关系式为(0.1~e A ≈对于磁芯EI16~EI40,系数一般按0.1~0.15计算。

高频变压器设计———领料———工程图及作业指导书确认———一次侧绕线———一次侧绝缘———二次侧绕线———二次侧绝缘———焊锡———铁粉芯研磨———铁粉芯组装———加工铜箔———半成品测试T1———电感值测试———漏电感值测试———直流电阻测试———相位测试———圈数比测试———高压绝缘测试———凡立水处理(真空含浸) ———阴乾处理———烤箱烤乾处理———加包外围胶带———整脚处理———切脚处理———贴危险标签及料号标签———外观处理———成品电气测试T——电感值测试——漏电感值测试——相位测试——圈数比测试——高压绝缘测———QA至终检区——尺寸外观检查电气测试装箱———入库2.低频变压器制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———一次侧绕线———一次侧绝缘———二次侧绕线———二次侧绝缘———引线组装及焊锡———半成品断线测试T1 ———线架组装及矽钢片组装———矽钢片补片敲平———铁带组装———半成品测试T2电压测试电流测试高压绝缘测试———凡立水处理(真空含浸) ———阴乾处理———烤箱烤乾处理———加包外围胶带———整脚处理———切脚处理———贴危险标签及料号标签———外观处理———成品电气测试T3电压测试电流测试高压绝缘测试———QA至终检区--—尺寸外观检查电气测试装箱———入库3.圆盘制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———铁芯加工———固定铁芯———绕线———固定———上线盘———刷凡立水———阴乾———剪线———剥漆———上套管，端子———焊锡———外观———贴标签———包装———入库4.ADAPTOR制作流程图.———领料———工作指令及作业指导书确认———插件———焊锡———切脚———补焊———焊DC CORD ———剪DC线头———清理PCB板———折PCB板———PCB板测试T1 ———焊次级至PCB ———焊初级至AC PIN ———半成品电气测试T2 ———组装CASE ———超音波封壳———成品电气测试T3———贴铭板———尺寸外观检查———装箱———FQC检验———入库5. T CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———裁线———钩线———上底座———压脚.整脚———焊锡———半成品测试T1 ———含浸处理———阴乾处理———烘烤处理———冷却处理———剪脚———外观———成品测试T2 ———包装———FQC检验———入库6. R CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———卷线———焊锡———上铁芯(点A.B胶) ———烤胶———上套管(或含浸处理)———烘烤套管(或烤乾凡立水) ———切脚———外观———测试T1 ———包装———FQC检验———入库7. DR CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———绕线———理线压脚———焊锡———上套管———烘烤套管———切脚———外观———测试T1 ———包装———FQC检验———入库高频变压器设计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。