高频变压器的设计1

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正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解

正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解

正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解高频变压器作为电源电子设备中的重要组成部分,起到了将输入电压进行变换的作用。

根据不同的使用环境和要求,电源电路中的电感元件可分为正激式、反激式和双端开关电源。

下面就分别对这三种电源的高频变压器设计进行详解。

1.正激式电源变压器设计正激式电源变压器是将输入电压通过矩形波进行激励的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈和副磁线圈两部分,主磁线圈用来耦合能量,副磁线圈用来提供输出电压。

正激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤:(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积:根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数,根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感:根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料:磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数:根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感:根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构:根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

2.反激式电源变压器设计反激式电源变压器是通过反馈控制来实现变压的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈、副磁线圈和反馈元件等。

反激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤:(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积:根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数,根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感:根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料:磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数:根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感:根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构:根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

(7)选择合适的反馈元件:根据反馈控制的需要来选择合适的反馈元件,并设计合适的反馈回路。

高频变压器设计原理

高频变压器设计原理

摘要:阐述了高频开关电源热设计的一般原则,着重分析了开关电源散热器的热结构设计。

关键词:高频开关电源;热设计;散热器1 引言电子产品对工作温度一般均有严格的要求。

电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。

当温度超过一定值时,失效率呈指数规律增加。

有统计资料表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%;温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。

所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求,这就是电子设备的热设计。

而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备,温度更是影响其可靠性的最重要的因素,为此对整体的热设计有严格要求。

完整的热设计包括两方面:如何控制热源的发热量;如何将热源产生的热量散出去。

最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。

2 发热控制设计开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管(如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等),大功率二极管(如超快恢复二极管、肖特基二极管等),高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。

针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。

2.1 减少功率开关的发热量开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一,减少它的发热量,不仅可以提高开关管自身的可靠性,而且也可以降低整机温度,提高整机效率和平均无故障时间(MTBF)。

开关管在正常工作时,呈开通、关断两种状态,所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。

其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。

可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。

MOSFET的通态电阻较IGBT的大,但它的工作频率高,因此仍是开关电源设计的首选器件。

现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ,从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。

美国APT公司也有类似的产品。

高频变压器的设计方法和分布参数模型介绍

高频变压器的设计方法和分布参数模型介绍

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。

专业高频变压器设计计算公式大全

专业高频变压器设计计算公式大全

专业高频变压器设计计算公式大全在设计变压器时,需要考虑多个因素,包括输入和输出电压、电流、功率、频率、磁通密度、磁路结构等。

下面是一些常用的变压器设计计算公式:1.需求计算公式:(1)计算输入和输出功率:P=V*I其中,P是功率,V是电压,I是电流。

(2)计算变压器变比:N=V1/V2其中,N是变比,V1是输入电压,V2是输出电压。

(3)计算输入和输出电流:I1=P/V1,I2=P/V2其中,I1是输入电流,I2是输出电流。

2.磁路计算公式:(1)计算磁路截面积:A=B/(f*μ*H)其中,A是磁路截面积,B是磁感应强度,f是频率,μ是磁导率,H 是磁场强度。

(2)计算磁通量:Φ=B*A其中,Φ是磁通量。

(3)计算铁心横截面积:S=Φ/B其中,S是铁心横截面积。

3.匝数计算公式:(1)计算初级匝数:N1=(V1*10^8)/(B*f*A)其中,N1是初级匝数。

(2)计算次级匝数:N2=(V2*10^8)/(B*f*A)其中,N2是次级匝数。

4.器件尺寸计算公式:(1)计算铁芯尺寸:U=1.8*(Lc/μ)*B*H/Bm其中,U是铁芯尺寸,Lc是直径或长度,B是磁感应强度,H是磁场强度,Bm是饱和磁感应强度。

(2)计算绕线长度:Lw=π*D*(N1+N2)其中,Lw是绕线长度,D是变压器内径。

(3)计算线径:d=(I*K)/(0.4*J*D)其中,d是线径,I是电流,K是充填系数,J是电流密度,D是变压器内径。

这些公式提供了一些变压器设计的基本计算方法。

在实际设计中,还需要考虑到其它因素,如损耗、效率、温升等,以确保设计的变压器满足要求。

高频变压器设计范本

高频变压器设计范本

Corp:xxx Designer:xxx TEL:xxx Date:2010-2-26
变压器型号:xxxxxx VER: 2.0
CHE200-30GT1
NP8NP7NP6NP5NP4NP3
图1、变压器原理图
技术要求:
1、绕制要求紧密、均匀,不同绕组间要用绝缘胶带隔开(见图3)
2、NS2、NS3并绕,NP3~NP8并绕。

3、引出线要套高压铁氟龙套管,套管伸至边空内。

4、原副边耐压要求:各绕组-绕组之间及绕组-磁芯之间3000V AC/1分钟,要求无闪
烙,漏电流<1mA 。

(NP为原边绕组,NS为副边绕组)
5、磁芯型号:PC40
6、骨架:采用我司最新开模骨架:ETD34 (18+18PIN)
7、NP1绕组电感:3.5 mH±5%
8、漏感:<80 uH(1kHz,1V,短NP2~NP8、NS1~NS4,测NP1)
9、变压器要浸漆烘干并拔掉不用的引脚
10、变压器铁芯最外层加焊宽12mm的铜铂,并外包一层绝缘胶带。

请标示出第
1脚。

11、标明变压器型号和生产日期。

图2、变压器骨架引脚图(引脚朝下,俯视图)
1T 1T
1T 1T 1T 1T 1T
2T
绕组
绝缘胶带
边空档带
图3、内部绕线示意图
注: 1、各层之间的绝缘胶带必须要绕;(尤其NP1绕组层间绝缘胶带必须有); 2、内层NP1绕60匝,最外层NP1绕38匝。

3、NP1、NP2均留边墙胶带。

请打样 10 PCS ,希望3月5日前完成。

谢谢合作! 如有疑问,请电话联系。

高频变压器设计

高频变压器设计

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。

高频变压器的安规设计基本要求

高频变压器的安规设计基本要求
东莞市铭普实业有限公司 地址:中国广东省东莞市石排镇庙边王沙迳村中九路 523330
第二章 设计定义
2.1.1 一次回路和二次回路之间的电气间隙对照表A(min)
东莞市铭普实业有限公司 地址:中国广东省东莞市石排镇庙边王沙迳村中九路 523330
2.1.2 二次回路中的电气间隙对照表B(min)
东莞市铭普实业有限公司 地址:中国广东省东莞市石排镇庙边王沙迳村中九路 523330
东莞市铭普实业有限公司
高频变压器的安规设计基本要求
25-Feb-2011 A/0
目录
1 名词解释 2 设计定义 3 具体要求 4 安规申请注意事项 5 其他信息 6 问题提问
东莞市铭普实业有限公司 地址:中国广东省东莞市石排镇庙边王沙迳村中九路 523330
第一章 名词解释 1.1 电气间隙(Clearance):指两导电部件之间的最
第三章 具体要求
3.1.3 最小绝缘距离 对于工作电压小于50V(有效值,或71V直流值),功能和加强绝缘必须要保证0.4MM以上的绝缘距离. 对于灌封装的变压器,附加绝缘和加强绝缘也没有要求任何的绝缘距离. 对附加绝缘,至少使用两层材料,其中的每一层都能通过对附加绝缘的抗
电强度试验;或者至少使用三层材料,其中的每两层组合都能通过对附加绝缘的抗 电强度试验.
对加强绝缘,至少使用两层材料,其中的每一层都能通过对加强绝缘的 抗电强度试验;或者至少使用三层材料,其中的每两层组合都能通过对加强绝缘的 抗电强度试验.
东莞市铭普实业有限公司 地址:中国广东省东莞市石排镇庙边王沙迳村中九路 523330
短距离.
备注:如果两部件都有绝缘保护,还是被视为导电体,例如:变压器两绕组之间的电气间隙就 是两个绕组之间靠的最近的铜线的距离

高频变压器设计规范

高频变压器设计规范

东莞市X X科技股份有限公司东莞市X X电子有限公司文件名称:高频变压器设计规范档编号:R&D-OD-030版本:A0生效日期:2015-01-21档正式审批编制部门编制审核批准标准化研发部东莞市X X科技股份有限公司东莞市X X电子有限公司文件编号R&D-OD-030版次A工作文件修订码0生效日期2015-01-21高频变压器设计规范页码2/76修订页修订码修订内容修订确认修订日期全部0第一次发行焦平2015/01/21相关部门会签:部门意见签名日期部门意见签名日期生产技术部品质部人力资源部生产部研发工程部财务部文控中心销售部采购部物控部总经办仓储部本文件盖红色“受控档”印章,随时保持最新版本;未经总经理批准,不得外借、复印或用于其他目的。

文件发行印章工作文件生效日期2015-01-21高频变压器设计规范页码3/761.0目的本规范用于指导变压器工程师根据开关电源产品的功能、环境条件和载荷条件及用户的特殊要求进行变压器设计,保证开发设计出的产品符合市场需求,满足客户的要求,同时具有合理的工艺性、良好稳定的质量,适合本公司生产,提高工作效率,具有较高的性价比。

2.0适用范围适用于研发部所有开关高频变压器设计工作。

3.0定义变压器的功能:电压变换;电流变换,阻抗变换;隔离;稳压4.0职责高频工程师按照本“高频变压器设计规范”进行设计。

5.0流程图工作文件生效日期2015-01-21高频变压器设计规范页码4/766.0设计举例6.1相关规格取得例:60watts ADAPTER POWER MAIN X'FMRINPUT:90~264Vac47~63HZ;OUTPUT:DC19V0~ 3.16A;Vcc=12VDC0.1Aη≧0.83;f s=70KHZ;Duty cylce over50%△t≦40o(表面)@60W;X'FMR限高21mm.CASE Surface Temperature≦78℃.Note:Constant Voltage&Current Design(UC3843AD)6.2选择CORE材质,确定△B本例为ADAPTER DESIGN,由于该类型机散热效果差,故选择CORE材质应考量高Bs,低损耗及高μi材质,结合成本考量,在此选用Ferrite Core,以TDK之PC40or PC44为优选,对比TDK DATABOOK,可知PC44材质单位密度下铁损Pcv明显低于PC40,最后确定应用PC44材.相关参数如下:μi=2400±25%Pvc=300KW/m2@100KHZ,100℃Bs=390mT Br=60mT@100℃Tc=215℃为防止X'FMR出现瞬态饱和效应,此例以低△B设计.选△B=60%Bm,即△B=0.6*(390-60)=198mT≒0.2T6.3确定Core Size和Type.6.3.1求core AP以确定sizeAP=AW*Ae=(Pt*104)/(2ΔB*fs*J*Ku)=[(60/0.83+60)*104]/(2*0.2*70*103*400*0.2)=0.59cm4式中Pt=Po/η+Po传递功率J:电流密度A/cm2(300~500)Ku:绕组系数0.2~0.5.6.3.2形状及规格确定.形状由外部尺寸,可配合BOBBIN,EMI要求等决定,规格可参考AP值及形状要求而决定,结合上述原则,查阅TDK之DATA BOOK,可知RM10,LP32/13,EPC30均可满足上述要求,但RM10和EPC30可用绕线容积均小于LP32/13,在此选用LP32/13PC44,其参数如下:Ae=70.3mm2Aw=125.3mm2AL=2630±25%le=64.0mmAP=0.88cm4Ve=4498mm3Pt=164W(forward)6.3.3估算临界电流IOB:本例以IL达80%Iomax时为临界点设计变压器.即:IOB=80%*Io(max)=0.8*3.16= 2.528A6.3.4求匝数比nn=[VIN(min)/(Vo+Vf)]*[Dmax/(1-Dmax)]VIN(min)=90*√2-20=107V =[107/(19+0.6)]*[0.5/(1-0.5)]=5.5≒6匝比n可取5或6,在此取6以降低铁损,但铜损将有所增加.CHECK DmaxDmax=n(Vo+Vf)/[VINmin+n(Vo+Vf)]=6*(19+0.6)/[107+6*(19+0.6)]=0.52工作文件生效日期2015-01-21高频变压器设计规范页码6/766.3.11.4估算铜窗占有率.0.4Aw≧Np*rp*π(1/2dwp)2+Ns*rs*π(1/2dws)2+Nvcc*rv*π(1/2dwv)20.4Aw≧60*2*3.14*(0.35/2)2+10*6*3.14+(0.4/2)2+7*3.14*(0.18/2)2≧11.54+7.54+0.178=19.260.4*125.3=50.1250.12>19.26OK6.3.12估算损耗、温升.6.3.12.1求出各绕组之线长.6.3.12.2求出各绕组之RDC和Rac@100℃6.3.12.3求各绕组之损耗功率6.3.12.4加总各绕组之功率损耗(求出Total值)如:Np=60Ts,LP32/13BOBBIN绕线平均匝长 4.33cm则lNP=60*4.33=259.8cmNs=10Ts则lNS=10*4.33=43.3cmNvcc=7Ts则lNvc=7*4.33=30.31cm查线阻表可知:Φ0.35mm WIRE RDC=0.00268Ω/cm@100℃Φ0.40mm WIRE RDC=0.00203Ω/cm@100℃Φ0.18mm WIRE RDC=0.0106Ω/cm@100℃R@100℃= 1.4*R@20℃求副边各电流值.已知Io= 3.16A.副边平均峰值电流:Ispa=Io/(1-Dmax)= 3.16/(1-0.52)= 6.583A副边直流有效电流:Isrms=√〔(1-Dmax)*I2spa〕=√(1-0.52)*6.5832= 4.56A副边交流有效电流:Isac=√(I2srms-Io2)=√(4.562-3.162)= 3.29A求原边各电流值:Np*Ip=Ns*Is原边平均峰值电流:Ippa=Ispa/n= 6.58/6= 1.097A原边直流有效电流:Iprms=Dmax*Ippa= 1.097*0.52=0.57A原边交流有效电流:Ipac=√D*I2ppa= 1.097*√0.52=0.79A求各绕组交、直流电阻.原边:RPDC=(lNp*0.00268)/2=0.348ΩRpac= 1.6RPDC=0.557Ω副边:RSDC=(lNS*0.00203)/6=0.0146ΩRsac= 1.6RSDC=0.0243ΩVcc绕组:RDC=30.31*0.0106=0.321Ω计算各绕组交直流损耗:副边直流损:PSDC=Io2RSDC= 3.162*0.0146=0.146W交流损:Psac=I2sac*Rsac= 3.292*0.0234=0.253W原边直流损:PPDC=Irms2RPDC=0.572*0.348=0.113W交流损:Ppac=I2pac*Rpac=0.792*0.557=0.348W忽略Vcc绕组损耗(因其电流甚小)Total Pp=0.461W总的线圈损耗:Pcu=Pc+Pp=0.399+0.461=0.86W工作文件生效日期2015-01-21高频变压器设计规范页码7/766.3.12.5计算铁损PFe查TDK DATA BOOK可知PC44材之△B=0.2T时,Pv=0.025W/cm2LP32/13之Ve= 4.498cm3PFe=Pv*Ve=0.025* 4.498=0.112W6.3.12.6Ptotal=Pcu+PFe=0.6+0.112=0.972W6.3.12.7估算温升△t依经验公式△t=23.5PΣ/√Ap=23.5*0.972/√0.88=24.3℃估算之温升△t小于SPEC,设计OK.6.3.13结构设计查LP32/13BOBBIN之绕线幅宽为21.8mm.考量安规距离之沿面距离不小于6.4mm.为减小LK提高效率,采用三明治结构,其结构如下:X'FMR结构:7.0安规介绍与要求7.1安规的意义:7.1.1防人身触电。

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高频变压器的设计(1)
[日期:2010-03-22 ] [来源:本站原创作者:admin] [字体:大中小] (投递新闻)
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-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。

高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件,单片开关电源中高频变压器性能的优劣,不仅对电源效率有较大的影响,而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性(EMC)。

为此,一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。

高频变压器的直流损耗是由线圈的铜损耗造成的。

为提高效率,应尽量选择较粗的导线,并取电流密度J=4~10A/mm2。

高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。

高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过,这会使导线的有效流通面积减小,并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。

高频电流对导体的穿透能力与开关频率的平方根成反比,为减小交流铜阻抗,导线半径不得超过高频电流可达深度的2倍。

可供选用的导线线径与开关频率的关系曲线如图1所示。

举例说明,当f=100kHz时,导线直径理论上可取φ0.4mm。

但为了减小趋肤效应,实际可用更细的导线多股并绕,而不用一根粗导线绕制。

在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。

因为漏感愈大,产生的尖峰电压幅度愈高,漏极钳位电路的损耗就愈大,这必然导致电源效率降低。

对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器,其漏感量应为次级开路时初级电感量的1%~3%。

要想达到1%以下的指标,在制造工艺上将难于实现。

减小漏感时可采取以下措施:
减小初级绕组的匝数NP;
增大绕组的宽度(例如选EE型磁芯,以增加骨架宽度b);
增加绕组的高、宽比;
减小各绕组之间的绝缘层;
增加绕组之间的耦合程度。

电源高频变压器的设计方法
设计高频变压器是电源设计过程中的难点,下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例,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
2、求最小工作周期系数Dmin
3、计算高频变压器的初级电感值Lp
4、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。

5、计算空气间隙长度Lg
6、计算变压器初级线圈Np
7、计算变压器次级线圈Ns
高频变压器:整流、变压
在传统的高频变压器设计中,由于磁心材料的限制,其工作频率较低,一般在20kHz左右。

随着电源技术的不断发展,电源系统的小型化,高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。

因此,研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积,提高电源输出功率比的关键因素。

作为开关电源最主要的组成部分,高频变压器相对于传统的工频变压器有以下优点:利用铁氧体材料制成的高频变压器具有转换效率高、体积小巧的特点;而传统的工频变压器工作在50Hz下,输出相同功率时需要较大的截面积而导致变压器体积庞大,不利于电源的小型化设计,而且电源转换效率也低于开关电源。

电脑使用的开关电源一般采用半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波,然后通过高频变压器进行降压,输出低电压的交流电。

在这个电路中,开关管的最大电流对电源输出功率的大小有一定的限制(通常应用于300W电源的MOS 管体积较大,有的电源甚至使用了耐流达到10A的开关管),而高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少,由于工作在很高的频率下,对元件质量的要求和线路的搭配有很高的要求。

抑制高频变压器的音频噪声
高频变压器EE或EI型磁芯之间的吸引力,能使两个磁芯发生位移;绕组电流相互间的引力或斥力,也能使线圈产生偏移。

此外,受机械振动时能导致周期性的形变。

上述因素均会使高频变压器在工作时发出音频噪声。

10W以下单片开关电源的音频噪声频率,约为10kHz~20kHz。

为防止磁芯之间产生相对位移,通常以环氧树脂作胶合剂,将两个磁芯的3个接触面(含中心柱)进行粘接。

但这种刚性连接方式的效果并不理想。

因为这无法将音频噪声减至最低,况且胶合剂过多,磁芯在受机械应力时还容易折断。

国外最近采用一种特殊的“玻璃珠”(glassbeads)胶合剂,来粘合EE、EI等类型的铁氧体磁芯,效果甚佳。

这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照1:9的比例配制而成的混合物,它在100℃以上的温度环境中放置1h即可固化。

其作用与滚珠轴承有某种相似之处,固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位,而总体位置不变,这就对形变起到了抑制作用。

用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部。

采用这种工艺可将音频噪声降低5dB。

高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的泄漏磁场对相邻电路造成干扰,可把一铜片环绕在变压器外部,该屏蔽带相当于短路环,能对泄漏磁场起到抑制作用,屏蔽带应与地接通。

参考链接:/news/2010-03/2034.htm。

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