高频变压器的设计方法.
高频变压器的设计公式
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。
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。
高频变压器设计的五个步骤
变压器的设计过程包括五个步骤:①确定原副边匝数比；为了提高高频变压器的利用率,减小开关管的电流,降低输出整流二极管的反向电压,减小损耗和降低成本,高频变压器的原副边变比应尽量大一些.为了在任意输入电压时能够得到所要求的电压,变压器的变比应按最低输入电压选择.选择副边的最大占空比为 ,则可计算出副边电压最小值为: ,式中, 为输出电压最大值, 为输出整流二极管的通态压降, 为滤波电感上的直流压降.原副边的变比为:②确定原边和副边的匝数；首先选择磁芯.为了减小铁损,根据开关频率 ,参考磁芯材料手册,可确定最高工作磁密、磁芯的有效导磁截面积、窗口面积 .则变压器副边匝数为: .根据副边匝数和变比,可计算原边匝数为③确定绕组的导线线径；在选用导线线径时,要考虑导线的集肤效应.所谓集肤效应,是指当导线中流过交流电流时,导线横截面上的电流分布不均匀,中间部分电流密度小,边缘部分电流密度大,使导线的有效导电面积减小,电阻增加.在工频条件下,集肤效应影响较小,而在高频时影响较大.导线有效导电面积的减小一般采用穿透深度来表示.所谓穿透深度,是指电流密度下降到导线表面电流密度的0.368(即: )时的径向深度. ,式中, , 为导线的磁导率,铜的相对磁导率为 ,即:铜的磁导率为真空中的磁导率 , 为导线的电导率,铜的电导率为 .为了有效地利用导线,减小集肤效应的影响,一般要求导线的线径小于两倍的穿透深度,即 .如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时,可采用小线径的导线多股并绕或采用扁而宽的铜皮来绕制,铜皮的厚度要小于两倍的穿透深度(4)确定绕组的导线股数绕组的导线股数决定于绕组中流过的最大有效值电流和导线线径.在考虑集肤效应确定导线的线径后,我们来计算绕组中流过的最大有效值电流.原边绕组的导线股数:变压器原边电流有效值最大值 ,那么原边绕组的导线股数 (式中,J 为导线的电流密度,一般取J=3~5 , 为每根导线的导电面积.).副边绕组的导电股数:①全桥方式:变压器只有一个副边绕组,根据变压器原副边电流关系,副边的电流有效值最大值为: ;②半波方式:变压器有两个副边绕组,每个负载绕组分别提供半个周期的负载电流,因此其有效值为 ( 为输出电流最大值).因此副边绕组的导线股数为(5)核算窗口面积在计算出变压器的原副边匝数、导线线径及股数后,必须核算磁芯的窗口面积是否能够绕得下或是否窗口过大.如果窗口面积太小,说明磁芯太小,要选择大一点的磁芯;如果窗口面积过大,说明磁芯太大,可选择小一些的磁芯.重新选择磁芯后,再重新计算,直到所选磁芯基本合适为止。
工程师实例为你讲解电源高频变压器的设计方法
工程师实例为你讲解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，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：
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，电流会达到峰值，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，则上式为：
Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax
其中：V in：直流输入电压，V
Lp：高频变压器初级电感值，mH
Ipp：变压器初级峰值电流，A
Dmax：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：。
高频变压器的设计方法及其应用研究
高频变压器的设计方法及其应用研究摘要:首先论述了设计高频变压器的基本原则,分析了高频变压器设计的基本要求。
阐述了高频变压器的设计方法,详细讨论了磁芯材料、磁芯结构、磁芯参数、线圈参数、组装结构和工作点确定等各个方面设计时应该注意的问题。
运用面积相乘(AP)法设计了一款实际应用的高频变压器。
最后简介了高频变压器的发展方向和应用前景。
关键词:高频变压器,面积相乘法,磁芯材料,线圈参数1.引言电子变压器、半导体开关器件、半导体整流器件和电容器一起,被称为电源装置中的四大主要元器件[1]。
电子变压器作为一种主要的软磁电磁元件,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
高频变压器是指工作频率大于等于20KHz的变压器,主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器,也可以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。
一般传送功率比较大的,工作频率比较低;传送功率比较小的,工作频率比较高。
高频电子变压器和它的发展方向最近成为电子变压器行业关注的一个焦点。
电子设备小型化和轻量化的需求日益突出,因此,对于占用电子设备很大体积和重量的电感变压器相应向高频化的方向发展。
同时,器件也由传统的插件向表面贴装的方向发展,笔记本电脑的日益普及,各种数码消费电子和汽车电子的蓬勃发展,都为高频电感变压器的发展提供千载难逢的机会。
在DC-DC转换器中,更低的电压,更高的电流的发展趋势,对相应的高频电子变压器的设计提出更高的要求。
2.高频变压器的设计原则与设计要求(1) 高频变压器的设计原则。
高频变压器作为一种产品,与其他商品一样,设计原则是在具体使用条件下完成具体功能中追求性能价格比最好。
产品虽然性能好,但如果价格不能为市场接受也会遭冷落和淘汰。
(2) 高频变压器的设计要求。
以设计原则为出发点,高频变压器的设计要求包括:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本。
使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性。
可靠性是指在具体的使用条件下,高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止[2]。
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。
4功率_高压_高频变压器的串联优化设计
4功率_高压_高频变压器的串联优化设计高压高频变压器是一种常见的电力转换设备，用于将输入电压转换为输出电压，通常用于工业生产、医疗设备、通信设备等领域。
串联优化设计可以提高变压器的性能和效率，本文将从四方面介绍高压高频变压器的串联优化设计。
一、磁路设计高压高频变压器的磁路设计是提高变压器性能的关键。
磁路设计应考虑到磁路的导磁性能、铁损耗和漏磁损耗等因素。
导磁性能可以通过选择高导磁材料和合理设计磁路截面积来提高，铁损耗可以通过合理设计磁路长度和材料厚度来降低，漏磁损耗可以通过绕组的合理布局和磁路屏蔽来减小。
二、绕组设计绕组设计是高压高频变压器的另一个重要方面。
绕组的合理布局可以减小绕组的电阻和电感，提高变压器的效率。
绕组采用多层绕组，可以减小绕组的尺寸，提高变压器的功率密度。
绕组的选择应考虑到高频信号的传输特性，采用较短的导线和合理的绕线方式，减小电阻、电感和串扰等因素的影响。
三、冷却设计高压高频变压器在工作过程中会产生大量的热量，因此冷却设计是必不可少的。
合理的冷却设计可以提高变压器的散热效果，保证变压器的稳定工作。
常见的冷却方式包括自然冷却、强迫冷却和液冷却等。
自然冷却适用于功率较小的变压器，强迫冷却适用于功率较大的变压器，液冷却适用于要求散热效果更好的变压器。
冷却设计时应注意选择适当的散热介质、合理布置散热器和风扇等。
四、绝缘设计高压高频变压器工作时会产生高电压和高频电场，因此绝缘设计是非常重要的。
绝缘设计应考虑到变压器的工作电压和频率，选择合适的绝缘材料和绝缘结构。
绝缘材料可以采用绝缘纸、绝缘漆等，绝缘结构可以采用缠绕、层间隔离等方式。
绝缘设计时还应注意绝缘层的厚度和抗击穿能力，以确保变压器的安全运行。
总结：高压高频变压器的串联优化设计是提高变压器性能和效率的重要手段。
通过磁路设计、绕组设计、冷却设计和绝缘设计的优化，可以提高变压器的导磁性能、减小损耗、提高功率密度、提高散热效果和确保安全运行。
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。
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开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求： （1）具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br 磁通密度Bs的高低，对于变压器和绕制结果有一定影响。从 理论上讲，Bs高，变压器绕组匝数可以减小，铜损也随之减小 在实际应用中，开关电源高频变换器的电路形式很多，对于变 压器而言，其工作形式可分为两大类： 1）双极性：电路为半桥、全桥、推挽等。变压器一次绕组里正负 半周励磁电流大小相等，方向相反，因此对于变压器磁心里的磁通 变化，也是对称的上下移动，B的最大变化范围为△B=2Bm，磁心中 的直流分量基本抵消。 2）单极性：电路为单端正激、单端反激等，变压器一次绕组在1个 周期内加上1个单向的方波脉冲电压（单端反激式如此）。变压器 磁心单向励磁，磁通密度在最大值Bm到剩余磁通密度Br之间变化， 这时的△B=Bm－Br，若减小Br，增大饱和磁通密度Bs，可以提高 △B，降低匝数，减小铜耗。
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）如果要增加原副绕组之间的耦合，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
一半原绕组的排列形式，这样有利于减小漏感。
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5.组装结构： 高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果 选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组
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‘+’=适合； ‘0’=一般；‘-’=不适合
磁芯材料的选择应注意的问题： 1、软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点， 而被广泛应用于开关电源中。 2、软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列， 锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz 以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体 的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感 绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。 3、在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用 途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为 高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为 4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等 多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。
变压器基础知识 1、变压器组成： 原边（初级primary side ） 绕组 副边绕组（次级secondary side ） 原边电感（励磁电感）--magnetizing inductance 漏感---leakage inductance 副边开路或者短路测量原边 电感分别得励磁电感和漏感 匝数比：K=Np/Ns=V1/V2 2、变压器的构成以及作用： 1）电气隔离 2）储能 3）变压 4）变流
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软磁铁氧体材料更能全面满足高频变压器的设计要求，
进行认真考虑，才可以使设计出来的变压器达到比较理
想的性能价格比。
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2.磁芯结构 选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感， 增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配 接线方便等。 漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需
装结构。
6.温升校核： 温升校核可以通过计算和样品测试进行。实验温升低 于允许温升15度以上，适当增加电流密度和减小导线 截面，如果超过允许温升，适当减小电流密度和增加 导线截面，如增加直径，窗口绕不下，要加大磁芯， 增加磁芯的散热面积。
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功率变压器根据拓扑结构分为三大类： （1）反激式变压器； （2）正激式变压器； （3）推挽式变压器（全桥/半桥变换器中的变压器） 磁芯结构适合的拓扑结构形式如下页表所示：
2.5～4A/mm2。导线直径的选择还要考虑趋肤效应。如
必要，还要经过变压器温升校核后进行必要的调整。
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4.线圈参数：
一般用的绕组排列方式：原绕组靠近磁芯，副绕组反
馈绕组逐渐向外排列。下面推荐两种绕组排列形式：
1）如果原绕组电压高（例如220V），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
模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面
积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯中加一个小气隙， 或者在电路设计时加隔直流电容。
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4.线圈参数： 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。 导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。通常取 J为
要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。
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3.磁芯参数：
磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是
受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工
作方式有关。 磁通单方向变化时：ΔB=Bs-Br，既受饱和磁通 密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又 会影响磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB 开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励 磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。对于磁通双向工作 而言： 最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。在双方向变化工作
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磁芯结构 E cores
Planar E Cores ER Cores U Cores RM Cores EP Cores P Cores Ring Cores
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变换器电路类型 反激式 正激式 推挽式 + + 0 + 0 + + 0 + + 0 + + + 0 0 0 + 0 + 0 + 0 + +
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●高频变压器设计程序：
1.磁芯材料 2.磁芯结构 3.磁芯参数
4.线圈参数
5.组装结构
6.温升校核
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1.磁芯材料
软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。
其优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加
工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低，磁导率
不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。选择哪一类