高频电子电路4.4

高频高压变压器的研发与设计

摘要:近年来随着电力电子技术的进步，大量应用现代电力电子技术的高频高压电源因其重量轻、安全可靠、体积小、智能化高等各种优点，在雷达、电化学、激光技术、静电喷涂、静电除尘等领域得到了广泛应用。高频高压变压器作为电源的核心组成部分，发挥了能量转换、安全隔离、升压的作用，其性能参数对电源整机的可靠性、稳定性及效率有着举足轻重的作用。本文以一种大功率静电除尘用高频高压电源为需求，设计一台输出直流电压80kV、电流1A、频率36kHz的高频高压变压器。

本文针对高频高压变压器的设计需求及电路拓扑，根据LC谐振电路参数，得到高频高压变压器的设计参数，最后进行实验验证。针对高频高压变压器体积小易击穿、高压高变比下分布电容影响大、整流硅堆均压差等问题，提出了一种多层分段绕组结构整流后再叠压的设计思路。按此设计思路绕制了高频高压变压器样机及制造了电源整机进行测试，试验参数符合设计要求。

关键词：高频变压器 分布参数 高压 绝缘技术

1 引言

改革开放后我国的经济呈现突飞猛进的态势，但在经济快速发展的同时也带来了环境污染问题，特别是大气污染。随着经济发展人们对生活环境的要求也越来越高，一个良好的空间环境成了人们的迫切需求。随着近几年对大气污染的大力整治，空气质量已大幅改善，重雾霾等极端天气也已呈逐年下降趋势。作为大气污染物的重要治理设备，静电除尘设备以其高净化率、适应性强、维护方便等优点得到广泛应用。但随着越来越严格的环保政策，早期各种供电电源因技术局限及服役年限的增加开始问题频出，已严重影响达标排放。市场开始面临需要有一种更先进更稳定更智能的高压电源设备来满足需求，静电除尘电源技术发展开始面临着进一步的升级换代。研发一种高效率、高可靠性、高稳定性及智能化的高频高压电源既能满足环保要求也将带来巨大的市场需求。高频高压变压器作为整个项目设计中的难点和重点，变压器的设计参数直接影响到整个电源的各项技术指标，以往的文献资料涉及理论及原理的较多，但真正的系统性的介绍设计实例却很少。本文将重点介绍一款直流输出1.0A/80kV、频率36kHz的大容量高频高压变压器设计过程。主要就高频下的绕组参数、绝缘问题、变压器分布参数、结构设计等对电源的影响进行分析及设计，并进行实验验证。

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高频变压器参数

1. 引言

高频变压器是一种能够将电能从一个电路传递到另一个电路，同时改变电压和电流的装置。它在电子设备中起着至关重要的作用。为了正确设计和应用高频变压器，我们需要了解和掌握一些重要的参数和性能指标。本文将介绍一些常见的高频变压器参数，并解释其含义和影响。

2. 基本参数

2.1. 额定电压

额定电压是指在正常运行条件下，高频变压器可承受的最大电压。通常用V表示。额定电压的选择应考虑输入电压和输出电压的要求，并确保变压器在工作期间能够稳定运行。

2.2. 额定电流

额定电流是指在正常运行条件下，高频变压器可承受的最大电流。通常用A表示。额定电流的选择应考虑输入电流和输出电流的需求，并确保变压器能够在工作期间正常运行，而不过载或损坏。

2.3. 额定功率

额定功率是指高频变压器能够输出的最大功率。通常用W表示。额定功率的选择应根据需求和应用场景确定，确保变压器能够提供足够的功率输出。 未知驱动探索，专注成就专业

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2.4. 额定频率

额定频率是指高频变压器的运行频率。通常用Hz表示。额定频率的选择通常与输入电源的频率保持一致，以确保高效的能量转换和工作稳定性。

3. 参数计算

3.1. 匝数比

匝数比是指高频变压器一侧的匝数与另一侧匝数之比。通常用N表示。匝数比的选择取决于所需的输入-输出电压比例。匝数比的计算公式如下：

匝数比 = 输出匝数 / 输入匝数

3.2. 磁链

磁链是指高频变压器中的磁场产生的磁力线。通常用Φ表示。磁链的数量决定了变压器的能量转换效率和输出功率。

3.3. 铁损耗

铁损耗是指高频变压器中由于磁场变化而产生的能量损失。通常用P表示。铁损耗的大小取决于变压器芯片材料的选择和设计参数的优化。

3.4. 漏损

漏损是指高频变压器中由于电流在绕组中引起的能量损失。通常用P表示。漏损的计算需要考虑电阻和电感的影响。 未知驱动探索，专注成就专业

1．在串联谐振回路中，如果外加电压数值与频率是固定的。设0C为谐振时的电容量；'C与''C分别为低于和高于谐振点电容0C的半功率点电容量。试证明：''''''CCCCQ。

解 在高于谐振点处的半功率点有''1CL，因而

2''2)1(21CLRVRV （3.4.1）

在低于谐振点处的半功率点有'1CL，因而

2'2)1(21LCRVRV （3.4.2）

由（3.4.1）、（3.4.2）二式可得

LCCL'"11

于是得

"''"2CCCCL （3.4.3）

另一方面，由（3.4.1）、（3.4.2）二式又可得到

"1CLR

与 LCR'1

由以上二式可得

"''"2CCCCR （3.4.4）

由式（3.4.3）与（3.4.4），最后得到

'"'"CCCCRLQ

2．并联谐振回路如图3.5.3所示。已知同频带7.02f，电容C。若回路总电导为g（LpsGGgg），试证明

Cfg7.04

若给定C=20pF，7.02f=6MHz，kkRsp10R10，，求LR。 解 由LpQCg、LpRff02二式可得

CfffCfgpp7.07.042/2

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专业资料 值得拥有 第一章

1.1 在一本征硅中，掺入施主杂质，其浓度DN=21410cm3。

（1）求室温300K时自由电子和空穴的热平衡浓度值，并说明半导体为P型或N型。

（2 若再掺入受主杂质，其浓度AN=31410cm3，重复（1）。

（3）若DN=AN=1510cm3,，重复（1）。

（4）若DN=1610cm3，AN=1410cm3，重复（1）。

解：（1）已知本征硅室温时热平衡载流子浓度值in=5.11010 cm3，施主杂质DN=21410cm3>> in=5.11010 cm3，所以可得多子自由浓度为

0nDN=21410cm3

少子空穴浓度

0p=02nni=125.1610cm3

该半导体为N型。

（2）因为DANN=14101cm3>>in，所以多子空穴浓度

0p14101cm3

少子电子浓度

0n=02pni=25.2610cm3

该半导体为P型。

（3）因为AN=DN,所以

0p= 0n= in=5.11010cm3

该半导体为本征半导体。

（4）因为ADNN=10161014=991014（cm3）>>in，所以，多子自由电子浓度

0n=991410 cm3

空穴浓度

0p=02nni=142101099)105.1(=2.27104（cm3） WORD格式整理

专业资料 值得拥有 该导体为N型。

1.3 二极管电路如图1.3所示。已知直流电源电压为6V，二极管直流管压降为0.7V。

（1） 试求流过二极管的直流电流。

（2）二极管的直流电阻DR和交流电阻Dr各为多少？