如何进一步优化高频开关电源变压器
高频开关电源变压器的优化设计及其应用
高频开关电源变压器的优化设计及其应用作者：常乐来源：《电子技术与软件工程》2017年第01期开关电源的未来主要发展方向是高频化和高功率密度化。
需要注意的是，变压器是开关电源的核心部件，并且，随着频率与功率逐渐提高，电源开关对电源系统性能的影响日益显著。
所以，研究对高频开关电源变压器，对其进行优化设计，并进一步分析其应用是关键。
本文主要对高频开关电源变压器的优化设计及其应用进行了分析，希望能够为相关学者提供有价值的参考。
【关键词】高频开关电源变压器优化设计应用电源变压器具备的主要功能是隔离绝缘、传送功率以及变换电压。
电源变压器是一种主要软磁电磁元件，被广泛运用于电力电子技术和电源技术中。
开关电源变压器是开关电源的核心部件，能够转换和传输能量。
此外，在开关电源变压器的开关电源中，主要的体积与重量占有者，也是发热源，可以使得开关电源向小型轻量方向发展，并且实现平面智能等目标。
因此，开关电源的高频化是重中之重。
1 高频开关电源变压器的主要构成以及分类通常从广义角度而言，凡是将半导体功率的开关器件作为开关管，经对开关管，进行高频开通，或者是进行关断控制，均会促使电能形态向其他电能形态装置转化，即开关转换器。
开关电源是指将开关转换器作为主要组成部件，通过采取闭环自动控制的方式，实现输出电压保持稳定的目标，并且实现在电路中增加保护环节电源。
高频开关电源是指采用高频DC/DC转换器，作为开关电源工作状态下的开关转换器。
高频开关电源的基本路线主要是由开关型功率变换器，整流滤波电路，交流直线转换电路及控制电路几部分组成。
高频开关电源变压器分为他激式和自激式、隔离式和非隔离式、硬开关以及软开关几类。
2 高频开关电源变压器的优化设计2.1 设计参数选取高频变压器的设计参数彼此联系，所以，在具体设计时，针对各个参数应该在合理范围内进行有效折中。
基于各类应用场景应当首，首先符合占支配地位的重要影响因素，其次权衡剩余其他参数带来的影响。
电力变压器维修及改造优化方案
电力变压器维修及改造优化方案电力变压器是电力系统中不可或缺的设备之一。
它的作用是将输送到变电站的高电压电力变换为适用于电网输送的低电压电力。
由于工作环境的恶劣和设备老化等原因，变压器会出现故障和性能下降的情况。
为了保证电力系统的正常运行，需要对电力变压器进行维修和改造优化。
本文将提出一些电力变压器维修及改造优化方案。
在维修方面，应当对变压器进行定期检查和维护，及时发现和修复设备的故障。
可以采用以下方法进行维修：1. 清洗变压器油：由于工作环境的恶劣，变压器外部容易积累尘埃和污垢。
定期清洗变压器油，可以提高散热效果，防止绝缘材料老化。
清洗时应使用专用的清洗剂，并注意避免损坏绝缘材料。
2. 检查绝缘材料：定期检查绝缘材料的状态，发现损坏或老化的部分应及时更换。
绝缘材料的状态对变压器的绝缘性能有很大影响，因此要特别注意这一方面。
3. 检查冷却系统：变压器需要通过冷却系统散热，确保温度不超过额定值。
定期检查冷却系统的工作状态，修复或更换损坏的冷却设备。
4. 维护油箱和油泵：油箱和油泵是变压器的重要组成部分。
定期检查油箱和油泵的工作状态，确保其正常运行。
如果发现问题，应及时修复或更换。
在改造优化方面，可以考虑以下几个方面：1. 提高变压器的效率：通过优化变压器部件和改进工艺，提高变压器的效率。
可以使用新型的高效绝缘材料和低损耗铁芯，减少能量损失。
2. 完善保护系统：电力变压器需要有完善的保护系统，以防止过载、短路等故障。
可以加装温度传感器、压力传感器等设备，实时监测变压器的工作状态，并及时报警和停机保护。
3. 加装智能监控系统：通过加装智能监控系统，可以实现对变压器的远程监控和诊断。
可以实时监测变压器的温度、振动等参数，及时发现异常情况并进行预警。
4. 进行电气改造：根据实际需求，对变压器的电气系统进行改造优化。
可以考虑加装静态无功补偿装置、电能质量管理设备等，提高电力系统的稳定性和可靠性。
电力变压器的维修及改造优化是确保电力系统正常运行的重要措施。
电力变压器维修及改造优化方案
电力变压器维修及改造优化方案电力变压器是电力系统中重要的输配电设备，它承担着电压变换和配电的功能。
长期的使用和不良的工作环境可能导致变压器出现问题，需要进行维修和改造优化。
本文将针对电力变压器维修及改造优化方案进行深入探讨。
一、电力变压器维修电力变压器在长期使用过程中，会因为工作环境恶劣、过载、短路等原因而出现各种故障。
为了确保电力系统的正常运行，需要对电力变压器进行定期的维护和维修。
电力变压器的维修工作主要包括以下几个方面：1. 清洁维护：定期对变压器表面和油箱进行清洁，及时清除灰尘和杂物，保持变压器的散热性能和绝缘性能。
2. 油液检测：定期对变压器油进行检测，确保油质的良好，及时更换老化的绝缘油，提高绝缘性能。
3. 绝缘检测：通过绝缘电阻测试、绝缘介质损耗测试等手段对变压器的绝缘性能进行检测，及时发现并处理绝缘缺陷，保证变压器的安全运行。
4. 温度检测：定期对变压器的温度进行检测，及时发现变压器工作温度异常，采取措施进行修理。
5. 故障排查：根据变压器的实际工作情况，定期进行故障排查，对出现的故障及时进行修复。
二、电力变压器改造优化方案除了定期的维修外，为了提高电力变压器的工作性能和安全性能，有时候需要对变压器进行改造和优化。
电力变压器的改造优化主要包括以下几个方面：1. 绝缘系统改造：对老化的绝缘系统进行更换，采用新型的绝缘材料和绝缘结构，提高变压器的绝缘性能。
2. 冷却系统改造：对变压器的冷却系统进行改进，采用更高效的冷却方式，提高变压器的散热性能，降低温升。
3. 控制系统改造：采用先进的控制技术，对变压器的控制系统进行改造，提高运行的稳定性和可靠性。
4. 励磁系统改造：对变压器的励磁系统进行改造，提高运行效率，减小励磁损耗，降低运行成本。
5. 隔离开关改造：对变压器的隔离开关进行改造，采用更可靠的开关设备，提高变压器的运行安全性。
通过对电力变压器进行改造优化，可以提高变压器的工作效率和安全性能，降低运行成本，延长使用寿命，提高系统的可靠性和稳定性。
电力变压器维修及改造优化方案
电力变压器维修及改造优化方案电力变压器是电网输电和配电系统中不可缺少的设备之一，其作用是将高压电能转变为低压电能供给用户使用。
由于变压器长时间运行，容易出现故障和老化，影响其正常运行和使用寿命。
对电力变压器进行维修和改造优化是保障电网运行安全和提高电能利用率的重要工作。
维修和改造的优化方案应包括以下几个方面：1. 清洗绝缘油和绝缘油质量测试。
随着变压器使用时间的增长，绝缘油中的杂质和水分会逐渐增加，影响绝缘性能。
定期清洗绝缘油和进行质量测试，确保绝缘油的纯净度和绝缘性能符合要求。
2. 检查绝缘结构和绝缘介质。
绝缘结构和绝缘介质是变压器工作正常的重要因素，应定期进行检查。
发现损坏或老化的绝缘结构和介质应及时更换，确保绝缘性能的稳定和可靠。
3. 检查冷却系统。
变压器运行时需要通过冷却系统将热量散发出去，确保变压器的正常运行。
应定期检查冷却系统的工作状态，清洗冷却器和检修散热风扇，保证冷却效果良好。
4. 检查绕组和连接。
绕组和连接是变压器的核心部件，应定期检查其电气接触情况和绝缘状态。
发现接触不良或绝缘损坏应及时修复或更换。
5. 优化变压器的负载率。
变压器的负载率是变压器工作状态的重要指标，太低会浪费电能，太高会影响变压器的正常运行。
应根据变压器的容量和负载情况，合理调整负载率，提高电能利用效率。
6. 定期进行全面检修。
除了日常的维护工作，定期进行全面检修也是必要的。
在全面检修中，可对变压器进行严格的检测和测试，修复或更换损坏或老化的部件，确保变压器的安全可靠运行。
维修和改造优化方案的实施需要有专业的技术人员和相应的设备和工具支持。
还需要建立完善的维修和改造管理制度，明确责任和工作流程，加强对维修和改造工作的监督和检查。
对电力变压器进行维修和改造优化是确保电网运行安全和提高电能利用率的重要工作。
通过定期清洗绝缘油、检查绝缘结构和介质、检查冷却系统、检查绕组和连接、优化负载率以及定期进行全面检修，可以延长变压器的使用寿命、提高其工作效率和可靠性。
大功率高频开关电源变压器的优化设计
6.期刊论文杨文广.杨玉岗.李洪珠.高奇.YANG Wen-guang.YANG Yu-gang.LI Hong-zhu.GAO Qi基于PowerEsim的
高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点,现已开始逐步成为现代通信设备的新型基础电源系统。本文针对目前通信电源系统中模拟控制方法所存在的控制电路结构复杂,一旦设计完成控制策略就不能改变等固有缺点,采用基于DSP的数字控制方式,设计了一款
48V/50A的通信高频开关电源,利用小信号模型,建立电压环与电流环双环控制结构,直接生成数字PWM波形,经脉冲变压器隔离,驱动主电路与功率因数校正电路的功率开关管,较好的克服了以上缺点。
作者:张朋朋
学位授予单Байду номын сангаас:西南交通大学
1.期刊论文王明炎单端反激式开关电源高频变压器设计-中国科技信息2010,""(4)
随着电子技术的发展,对电源小型化的要求越来越高.开关电源以体积小、重量轻、用材少、效率高等特点逐步成为电子工程师首选对象;而单端反激式开关电源在小功率开关电源中结构最为简单,且易于实现多电压输出.本文详细叙述了单端反激式开关电源中高频变压器的设计原理,并给出具体设计示例.
4.学位论文吴胜益基于TOPSwitch-Ⅱ的单端反激式开关电源的研究2006
随着电力电子技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活关系日益密切,而任何电子设备都离不开可靠的电源。进入90年代,开关电源相继进入各种电子、电器设备的应用领域,如程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等。当今开关电源正向着集成化、智能化、绿色化的方向发展,高度集成、功能强大的单片开关电源代表着当今开关电源发展的主流方向。
高频开关电源变压器的优化设计及其应用研究
高频开关电源变压器的优化设计及其应用研究摘要：在开关电源当中，变压器是实现核心性能的关键技术组件，因此要把控合理设计与应用。
本文通过分析高频开关电源变压器的构成及发展现况，进一步分析了变压器的优化设计方向与实际应用。
关键词：优化设计；变压器；高频开关电源引言：目前的开关电源正不断向高频化的方向发展，因此其相应的变压器装置也开始采用高频形式，基于此，本文主要围绕着高频开关电源变压器的内部设计展开的研究，希望能够对高频开关电源变压器的实际应用有所帮助。
1.高频开关电源变压器的构成及发展现况1.1高频开关电源变压器的构成与分类高频开关电源变压器中，其开关器件是基于半导体功率，因此也可称之为开关管，而控制开关管在高频下进行关闭与开通操作，从而实现将某种电能的形态转换为其他类型电能形态，这种性能的装置就叫做开关转换器。
以开关转换器为关键部件，再利用闭环自动控制方式对输出电压进行稳定处理，同时，整个电路中还配有相应的保护电源，这种情况下的电源就叫做开关电源，而使用高频的转换器做电源开关工作的转换装置，就被称作高频开关电源，其一般是采用高频DC 转换器。
在高频开关电源当中，其运行的最基本路线包括整流滤波电路、开关型的功率变换装置、控制电路以及交流直线转换电路，而其相应的变压器装置可采用以下几种分类方式。
一是基于不同的驱动方式来划分为自激式驱动变压器以及他激式驱动变压器；二是根据电路的拓扑结构来划分变压器类型，具体可分为两类，包括隔离式变压器与非隔离式变压器，其中隔离式变压器装置还可划分为半桥式变压器、全桥式变压器、反激式变压器、正激式变压器以及推挽式变压器，非隔离式变压器则包括升压型变压器与降压型变压器；三是基于输入与输出之间是否存在电器隔离来划分变压器类型，有电器隔离则为隔离式变压器，无电器隔离则为非隔离式变压器；四是基于DC的开关条件或DC转换器类型来划分，可分为软开关型变压器与硬开关型变压器[1]。
1.2开关电源技术的发展现况电源从上世纪60年代开始就得到使用，一开始大部分使用电源的电子产品都是线性电源结构，这种电源在原理上存在许多局限，且电源本身的体积大、重量高，还具有损耗大的缺点，随后，一种基于开关调节器的直流稳压电源逐渐将其取代，对于开关电源技术的集中化研究开始于上世纪90年代，当时使用的开关电源是基于DC/DC转换器，并采用脉冲宽度调制方式来实现功能，随后还有许多新型电源材料逐渐问世，包括高频磁性材料以及半导体材料，这些材料的应用也使得开关电源的频率得到进一步增长，当前，国内外的开关电源技术都已经实现市场化发展，国内自主研发的开关电源变压器装置也逐渐变多，但大部分变压器的频率较小，高频开关电源变压器的研究还有待加强，近年来，随着对高频开关电源变压器的研究力度加大，该项技术的发展也得到了跨越式的进步[2]。
开关电源设计中通过改善变压器提高电源可靠性
开关电源设计中通过改善变压器提高电源可靠性
引言
在开关电源中，高频变压器是进行能量储存和传输的重要部件。
一个高频
变压器应具有漏感小、线圈分布电容小，各线圈之间的耦合电容也要小的特点。
本文阐述通过改善变压器的加工工艺来减小漏感和线圈本身的分布电容，提高开关电源的可靠性。
初级线圈的漏感和分布电容
在高频变压器设计时，变压器的漏感和分布电容必须减至最小，因为开关
电源中高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。
在传输的瞬变过程中，漏感
和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压，以及顶部振荡，造成损耗增加。
虽
然在开关晶体管的漏极上增加钳位和吸收电路可以克服尖峰电压，但过大的
尖峰会导致钳位和吸收电路损耗的增加，使开关电源的效率降低，严重时会
导致功率开关管的损坏。
通常变压器的漏感，控制为初级电感量的
1%～3%。
1 初级线圈的漏感
变压器的漏感是由于初级线圈和次级线圈之间，层与层之间，匝与匝之间
磁通没有完全耦合而造成的。
在变压器绕制加工中可采取下列措施。
(1) 尽量减少绕组的匝数，选用高饱和磁感应强度、低损耗的磁性材料。
(2)增加线圈尺寸的高度和宽度之比。
(3)尽可能减小绕组间的绝缘厚度，但必须保证变压器本身有足够绝缘强度。
(4)采用分层交叉绕制方式绕制初级、次级绕组。
(5)采用环型磁心变压器时，不管初级、次级绕组的匝数有多少，在绕制绕。
高频开关变压器性能的提高
高频开关变压器性能的提高高频变压器是开关电源适配器进行电能转换的动力，是决定其性能好坏的重要部件，它影响做开关电源的功率、效率和质量等。
变压器在开关电源电路里起着磁耦合、传送能量、储存电能、抑制尖峰电压和尖峰电流的作用。
另外，它还与电路电容构成频率振荡器，产生谐振，调整控制输出电压，实现电压的升降。
所以说，设计开关电源不如说是设计高频变压器，设计高频变压器是设计开关电源适配器的基础，是技术核心。
高频变压的设计项目包括如下：1. 直流输入电压参数：输入电压的最小值、输入电压的最大值、一次电流、最大占空比的选用和计算，一次平均电流的设计与计算，峰值电流的计算，脉动电流的计算，有效电流的计算，初级电感和初级绕组匝数的计算。
2. 二次参数：次级绕组匝数、二次电流的设计和计算，一次、二次线径的计算与核对，一次、二次电流密度的检查与核对。
3. 高频变压器磁心结构的选用：磁心大小与结构形式的选用，磁心有效截面积、磁心窗口、有效磁路长度、磁心气隙宽度的计算。
4. 骨架的配置与计算：骨架的绕组宽度、安全隔离边距、一次绕线层数等。
在这些项目中，有些参数计算公式是需要查表的，有些是由产品参数给定的，有些是设定的。
设计高频变压器要注意减少漏感、集肤效应和邻近效应，因为这三条是影响变压器性能的重要因素。
在开关电源指标允许的范围内，应增加一次电感，减小一次峰值电流和有效电流，其目的是使高频变压器在连续模式下工作，降低变压器在运行中的损耗。
此外，高频变压器的漏感的电能与一次峰值电流的二次方成正比，这种电能在每个开关周期内被消耗。
需要知道，减小有效电流，除增大一次电感外，还必须降低钳位保护电路上的电能损耗，所以钳位保护电路上的元件要仔细选用。
降低漏感、减少集肤效应已经在变压器设计中讲到很多，先进的绕制工艺师最有效的。
变压器的绕制是值得重视的，有了完好的制作材料、正确的设计数据，不一定能制造出性能最佳的高品质的高频变压器。
高频变压器的绕制过程也是一门专用技术。
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如何进一步优化高频开关电源变压器
功率变压器始终是开关电源设计的重点内容，也是最关键的技术点，尤其是在提升工作频率的条件下，若是变压器设计没有得到优化，电源功率密度便无法得到有效提高。
文章主要针对高频变压器设计进行了分析，并提出了针对高频开关变压器的优化方案，从而有效降低功率损耗，提高电源效率。
标签：高频；开关电源；优化；变压器
SMPS即开关电源，由于其体积小、效率高，因而在电子领域应用十分广泛。
并且科研人员也不断的对其功率密度进行深度研究，通过不断提升变化频率提升其工作效率。
而变压器在高频状态下，理论上其体积应当小于20kHz至150kHz 这一范围，但是这需要以同等工作磁通密度以及高频状态下磁性材料磁芯损耗才可以同低频相比，但是一旦频率超过200kHz，目前的材料条件下，工作磁通密度便会降低，即若保证磁芯损耗在可承受范围内就需要频率在千分之几特或者百分之几特。
所以，功率损耗是限制高频变压器优化方案效果的主要因素。
换言之，传输功率特定的条件下，应当尽可能的降低绕组参数以及磁芯参数，从而保证变压器在运行过程中其温升范围符合设计标准要求。
文章便针对开关电源变压器的结构以及设计方案进行了分析，并提出了一种有效的优化设计方案。
通过上述两个公式针对铜线绕组阻抗进行计算，从而确定实际工作频率中准确的阻抗数值，但是该种计算方式只能由计算机完成，因为其计算过程十分复杂。
2 SMPS变压器的优化设计
通过上述分析，针对高频变压器的优化设计，并非是一蹴而就的工作，在实际的操作中不可能一次完成，这是由于变压器运行以及结构中各类参数之间具有相互制约的作用，所以，必须将工作磁通密度以及绕组线径、绕组匝数以及并绕数目等在计算机软件中进行多次的尝试，从而求得可以满足设计最佳状态的数值，完成设计优化。
在所有的条件中，最为有利的便是磁芯种类以及参数都是特定的，例如磁芯物理尺寸大多都是特定的，磁芯材料特性也是有限的。
但是从另一个角度进行分析，这些条件也会限制对变压器的優化，降低了优化的设计空间。
3 结束语
文章通过对变压器优化方案的分析，证实该种方案在目前的高频变压器的优化设计中具有较为明显的效果。
并且，通过绕组形式的选择，不但可以满足磁芯窗口利用率，还可以将变压器铜损予以降低。
通过这一流程，大部分变压器的设计都可以得到优化，但是为了进一步完善该设计，还应当重视以下三方面问题。
首先，变压器在运行过程中，由于磁芯的结构致使其热分布并非是完全均匀的，中央芯柱温度为磁芯温度的最高点，所以想要提高变压器热模型的准确性，就需要防止该问题对变压器工作性能的影响。
其次，针对绕组层间电容以及漏感等参数，由于其为寄生参数，因而必须进行深入研究。
另外由于运行环境为高频环境，
如果仍旧使用PWM这种传统的方式，那么极易造成电路工作状态不稳。
但是如果通过谐振的方式，那么还需要考虑谐振回路参数设计问题。
最后，由于电路的拓扑结构并非平衡结构，因此必须防止磁芯饱和，因而必须采用加气隙的方式，在设计中目前所能够采用的技术手段便是这种方式。
虽然一定程度上可以解决该类问题，但是从设计完善的角度分析，仍旧属于缺陷设计。
参考文献
[1]兰中文，王京梅，余忠，等.高频开关电源变压器的优化设计[J].电子科技大学学报，2002（8）.
[2]张钊，谈效华.高功率脉冲变压器设计[J].信息与电子工程，2011（10）.。