
高频变压器的设计原则在高频变压器的设计中,必须使变压器的漏电感和分布电容最小,因为开关电源中的高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。在传输的瞬态过程中,漏电感和分布电容会引起浪涌电流和峰值电压,以及陀螺振荡,导致损耗增加。通常情况下,变压器的漏电感控制在初级电感的1% ~ 3%。
一次线圈的漏电感——变压器的漏电感是由于一次线圈与二次线圈之间、层间、匝间磁通量的不完全耦合造成的。
分布电容——变压器绕组匝间、同一绕组上下层之间、不同绕组之间、绕组与屏蔽层之间形成的电容称为分布电容。
一次绕组——一次绕组应放在最里层,这样变压器一次绕组每匝使用的导线长度可以最短,整个绕组使用的导线也可以最少,有效降低一次绕组本身的分布电容。
二次绕组——一次绕组绕好后,在绕二次绕组前需要加(3 ~ 5)层绝缘衬里。这样可以降低一次绕组和二次绕组之间分布电容的电容,也可以增加一次绕组和二次绕组之间的绝缘强度,满足绝缘和耐压的要求。
偏置绕组——偏置绕组是缠绕在一次和二次之间还是最外层,关系到开关电源的调节是基于二次电压还是一次电压。
高频变压器的设计原则在设计高频变压器的时候,你知道高频变压器的设计原则、要求和流程吗?有没有想过高频变压器为什么要这样设计,这样的设计有什么好处?它的相关设计程序是怎样的?这些对于更深入的了解高频变压器是很有帮助的。
高频变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器。主要用作高频开关电源中的高频开关电源变压器,也用作高频逆变电源和高频逆变焊机中的高频逆变电源变压器。按工作频率分为几个档次:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz及以上。发射功率比较大,工作频率比较低;发射功率相对较小,工作频率相对较高。这样既有工作频率的不同,又有传输功率的不同,工作频率不同等级的电力变压器的设计方法也应该是不言而喻的。
根据设计原则,对高频变压器可以提出四个设计要求:工作条件、功能完善、提高效率和降低成本。
1、使用条件
电磁兼容是指高频变压器既不对外界产生电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括听得见的音频噪声和听不见的高频噪声。高频变压器中电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩。具有大磁致伸缩的软磁材料产生大的电磁干扰。例如,锰锌软磁铁氧体的磁致伸缩系数S为21 10-6,是取向硅钢的7倍以上,是高磁导率的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,锰锌软磁铁氧体的磁芯产生很大的电磁干扰。
高频变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯之间的引力和绕组导线之间的斥力。这些力的频率与高频电力变压器的工作频率一致。因此,工作频率在100kHz左右的高频变压器不会产生音频噪声bel
屏蔽是防止电磁干扰和增加高频变压器电磁兼容性的好方法。但为了防止高频变压器的电磁干扰传播,在磁芯结构和绕组结构的设计上也要采取相应的措施。只加外屏蔽带不一定是最佳方案,因为只能防辐射干扰,不能防传导干扰。
2、完成功能
高频变压器有三个功能:功率传输、电压转换和绝缘隔离。转移权力有两种方式。首先是变压器功率的传输方式。施加在初级绕组上的电压在磁芯中产生磁通量变化,使次级绕组感应出电压,使电能从初级侧传输到次级侧。在电力传输过程中,磁芯分为单向磁通变化和双向磁通变化两种工作模式。工作模式朝一个方向改变,磁通密度从最大值Bm变为剩余磁通密度Br,或者从Br变为Bm。磁通密度变化值 b=BM-br。
为了提高B,希望Bm大,双向变化工作模式的磁通量从+BM变化到-BM,或者从-BM变化到+BM。磁通密度的变化值B=2Bm。为了提高B,要求Bm大,但不要求Br小。变压器的功率传输方式与磁芯磁导率没有直接关系,无论是单向还是双向。第二种是电感功率传输模式,初级绕组输入的电能激励磁芯并将其转化为磁能储存,然后次级绕组的感应电压通过退磁转化为电能释放给负载。传输功率取决于电感磁芯的储能,而电感磁芯的储能又取决于初级绕组的电感。电感与磁芯的磁导率有关,磁导率高,电感大,储能多,与磁通密度没有直接关系。虽然不同的功率传输方式需要不同的磁芯参数,但在高频变压器的设计中,磁芯材料和参数的选择仍然是设计的一个主要内容。
在《电力变压器的设计要点》一文中,缺少了这一主要内容,很可惜。只是在“交流损耗”一文中,BAC的典型值为0.04 ~ 0.075tt,显然,本文中的高频变压器采用的是感应电能传输方式,所以为什么不提磁导率,BAC也不清楚。经查阅,2003年《电源技术应用》至1/2期同一主要作者撰写的《开关电源的设计要点》一文中,列出了“磁芯的选择”,并未提及磁导率,但提出最大磁通密度Bm为0.275tt,由于未绘制磁通密度波形,不清楚上一篇文章中的BAC与下一篇文章中的Bm是否一致:BAC与Bm之差为何为6.8 ~ 3。更不清楚,选择的是哪种软磁铁氧体材料?为什么选择这种模式?两篇文章都没有说明,读者只好自己猜了。
电压转换由一次绕组和二次绕组的匝数比来完成。无论功率传输方式如何,一次绕组和二次绕组之间的电压转换比等于一次绕组和二次绕组之间的匝数比,只要匝数比不变,电压转换就不受影响。但绕组匝数与高频电源变压器的漏电感有关。漏电感与初级绕组匝数的平方成正比。有趣的是,漏电感可以指定为一个值吗?《电源技术应用》 2003年第6期同时发表的两篇文章,观点不一。《设计要点》一文说:“对于满足绝缘和安全标准的高频变压器,其漏感应为次级开路时初级电感的1% ~ 3%。”《辨析》一文说:“在许多技术说明书中,标明了磁化电感或漏电感=1%的漏电感。









