高频电阻焊变压器的设计
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。
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。
高频变压器设计解读
高频变压器设计解读高频变压器是现在电子变压器行业关注的热点，想来很多工程师对高频变压器的设计方法应该都挺感兴趣的，今天和大家分享高频变压器设计方法的详解，希望对大家有用。
高频变压器的设计包括：线圈参数的设计，磁芯材料的选择，磁芯结构的选择，磁芯参数的设计，组装结构的选择等内容。
下面对高频变压器线圈参数的计算与选择、磁芯材料的选择、磁芯结构的选择、磁芯参数的设计和组装结构的选择进行详细介绍。
高频变压器线圈参数的计算与选择高频变压器的线圈参数包括：匝数、导线截面(直径)、导线形式、绕组排列和绝缘安排。
原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感(储存能量)来决定，匝数不能过多也不能过少。
如果匝数过多，会增加漏感和绕线工时;如果匝数过少，在外加激磁电压比较高时，有可能使匝间电压降和层间电压降增大，而必须加强绝缘[5]。
副绕组匝数由输出电压决定。
导线截面(直径)决定于绕组的电流密度。
还要注意的是导线截面(直径)的大小还与漏感有关。
高频变压器的绕组排列形式有：①如果原绕组电压高，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如果要增加原和副绕组之间耦合，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绕组排列形式，这样有利于减少漏感。
另外，当原绕组为高压绕组时，匝数不能太少，否则，匝间或者层间电压相差大，会引起局部短路。
对于绝缘安排，首先要注意使用的电磁线和绝缘件的绝缘材料等级要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。
等级低，满足不了耐热要求，等级过高，会增加不必要的材料成本。
其次，对在圆柱形磁路上绕线的线圈，最好采用线圈骨架，既可以保证绝缘，又可以简化绕线工艺。
另外，线圈最外层和最里层，高压和低压绕组之间都要加强绝缘。
如果一般绝缘只垫一层绝缘薄膜，加强绝缘应垫2～3层绝缘薄膜。
高频变压器磁芯材料的选择高频变压器磁芯一般使用软磁材料。
怎样设计高频变压器
怎样设计高频变压器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，在较大输出功率时，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、较简外围电路、较佳性能指标等优点，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。
高频电阻焊变压器的设计
高频电阻焊变压器的设计工作电压、绕组匝数、铁心截面积等要素进行了分析、选择和计算。
所研制的63kVA、lkH变压器与相同功率的单相工频点焊变压器相比体积减少了70%，重量减轻了普通电阻焊变压器工作频率为50H，而高频点焊变压器工作在lkH或更高的频率，传递的是矩形交替脉冲，其主要作用是电压变换（降压）、功率传递和实现输入输出之间的隔离。
高频点焊变压器无论从结构、工作原理或设计方法看，都不同于弧焊变压器，其特点主要有：①二次电压低，电流大。
②负载持续率低，工作不连续。
③传输功率较大，工作频率较弧焊电源为低，一般二次侧有中心抽头。
380V，三相全桥整流为每周期（20ms）六个波头。
负载重时，滤波电容上的电压几乎与整流后一样，轻载时又几乎为峰值电压，所以，直流母线上的电压变化范围是410~540V.铁壳式磁路系统的变压器在同样的心柱截面尺寸下可以节约一些材料。
此外，在铁壳式导磁体中，绕组之间产生的动态力较之铁心式导磁体简单得多，而且容易通过绕组的适当固定方式得到补偿。
导磁体用两铝合金框架夹紧，这两个框架同时还用于安装和固定变压器。
铁心材料的选择及设计计算铁基非晶合金是近20年刚刚发展起来的一种新型磁性材料。
由于非晶材料比较脆，所以一般制成环形或矩形铁心，并且不开气隙，因为切开后其性能会变坏，铁损增加。
在选用铁基非晶合金时（物理性能见表1），其每片厚度为0.03mm，用漆绝缘。
表1铁基非晶合金（国标牌号1K101）的物理性能饱和磁感应强度居里温度"c晶化温度"x饱和磁致伸缩系数As硬度HV密度电阻率p变压器的导磁体截面积按下式计算：%波形系数，对方波为4；S磁心有效截面积，cm2；B工作磁感应强度，T；（工作频率，H已知：饱和磁感应强度！6 =1.569逆变器的工作功率170kVA，最大工作电流/=20000A，二次电压2=8.5~13V，考虑网压波动，一次电压=410 ~540V，二次绕组的匝数'2 1匝。
高频变压器的设计
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
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
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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 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 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。
●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。
高频变压器设计与参数设计
高频变压器设计与参数设计高频变压器设计与参数设计是一项重要的技术，它能够帮助电子设备充分发挥性能。
高频变压器是指使用高频信号来改变交流电压的变压器，它通常用在微波炉、通信设备、打印机和医疗设备等领域，并且也用于高频功率转换、无线电、太阳能应用等等。
高频变压器的设计涉及到许多因素，包括电气特性，例如变压器的电压比、额定电流、变压器的绝缘耐压、损耗和过载能力。
同时，还必须考虑到变压器尺寸大小、重量、成本和可靠性等机械特性。
这些特性都会影响变压器的性能，从而影响其最终的性能表现。
在设计高频变压器时，首先应考虑变压器的工作频率。
一般来说，高频变压器的工作频率范围在1kHz~100MHz 之间，而且高频变压器的工作频率越高，其尺寸越小，耗散越低，性能也越好。
随后，应该考虑高频变压器的结构设计，采用的线圈数目，线圈的绕组方式，芯股的结构，冷却方式和绝缘材料等。
其中，线圈绕制方式和线圈的绕组方式是影响高频变压器的主要要素，它们会影响变压器的额定输出功率、输出纹波、温升和其他电气特性。
此外，还必须考虑到变压器的电压比以及母线电压。
电压比是指输出电压与输入电压之间的比率，它影响变压器的输出功率。
母线电压是指用于变压器的输入电压，它会影响变压器的最大输出功率，而且也会影响变压器的可靠性。
另外，在设计高频变压器时还应考虑变压器的外壳结构，这不仅影响变压器的重量和体积，还会影响变压器的热效应。
外壳结构应考虑到变压器的散热性能，以及变压器内部温度的分布情况等。
最后，需要重点考虑变压器的绝缘系统。
绝缘系统是高频变压器的核心部件，它具有高的绝缘强度和耐温性能，可以有效防止电路受到外界环境的干扰，也可以提高变压器的可靠性和安全性。
总之，高频变压器的设计与参数设计是一项复杂的工作，从上述内容可以看出，在设计高频变压器时，需要考虑变压器的电气特性、机械特性、工作频率、结构设计、电压比和母线电压、外壳结构以及绝缘系统等多个方面。
最终，变压器的设计与参数设计都是为了满足应用需求，并且有效地提高变压器的性能，以及提高变压器的可靠性和安全性。
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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高频电阻焊变压器的设计
工作电压、绕组匝数、铁心截面积等要素进行了分析、选择和计算。
所研制的
63kVA、lkH变压器与相同功率的单相工频点焊变压器相比体积减少了70%，重量减轻了普通电阻焊变压器工作频率为50H，而高频点焊变压器工作在lkH或更高的频率，传递的是
矩形交替脉冲，其主要作用是电压变换（降压）、功率传递和实现输入输出之间的隔离。
高频点焊变压器无论从结构、工作原理或设计方法看，都不同于弧焊变压器，其特点主要有：①二次电压低，电流大。
②负载持续率低，工作不连续。
③传输功率较大，工作频率较弧焊电源为低，一般二次侧有中心抽头。
380V，三相全桥整流为每周期（20ms）六个波头。
负载重时，滤波电容上的电压几乎与整流后一样，轻载时又几乎为峰值电压，所以，直流母线上的电压变化范围是410~540V.铁壳式磁路系统的变压器在同样的心柱截面尺寸下可以节约一些材料。
此外，在铁壳式导磁体中，绕组之间产生的动态力较之铁心式导磁体简单得多，而且容易通过绕组的适当固定方式得到补偿。
导磁体用两铝合金框架夹紧，这两个框架同时还用于安装和固定变压器。
铁心材料的选择及设计计算铁基非晶合金是近20年刚刚发展起来的一种新型磁性材料。
由于非晶材料比较脆，所以一般制成环形或矩形铁心，并且不开气隙，因为切开后其性能会变坏，铁损增加。
在选用铁基非晶合金时（物理性能见表1），其每片厚度为
0.03mm，用漆绝缘。
表1铁基非晶合金（国标牌号1K101）的物理性能饱和磁感应强度居里温度"c晶化温度"x饱和磁致伸缩系数As硬度HV密度电阻率p变压器的导磁体截面积按下式计算：%波
形系数，对方波为4；S磁心有效截面积，cm2；B工作磁感应强度，T；（工作频率，H已知：饱和磁感应强度！6 =1.569逆变器的工作功率170kVA，最大工作电流/=20000A，二次电压2=8.5~13V，考虑网压波动，一次电压=410 ~540V，二次绕组的匝数'2 1匝。
+，+=1.45（为长，+为厚度），则铁心毛面积S'= 26cm2，0.8为有效截面系1837
片。
装配前，各叠片应清除毛刺、去油并涂上绝缘漆。
装配后，叠片要压紧并用绝缘的螺栓穿过每片的孔将叠片拉紧。
变压器铁心的质量为：！=9.26kg，其结构见。
变压器铁心结构、二次绕组线圈的设计计算逆变点焊电源的工作频率在1kH以上，在选择电流密度和导线线径时必须考虑由于集肤效应引起的有效截面积的减少。
二次线圈绕制成一圈，由于电流大而且要求变压器尺寸尽可能的小，所以二次线圈使用水冷，二次侧大电流绕组（见表2）采用宽而扁的铜带。
用正方形双铜管内边长为4mm，外边长为9，并用漆绝缘。
同二次绕组各盘钎接在一起的连接板，钻有孔道以通过冷却水，用以冷却连接板和用螺栓固定于连接板上的母线。
绕组每层之间用环氧玻璃漆布绝缘，厚度为0.2mm，
型表2冷却系统、绕组构造与许用电流密度关系冷却系统方式绕组构造许用电流密度/Amm-2水冷的二次绕组一次绕组二次绕组一次绕组抽头二次绕组铜导线制成的盘状绕组铜管制
成的盘线圈为了防止绕组沿心柱位移，以及绕组之间相对位移，通过楔块将绕组固定住。
装配好的绕组组件用专门的装配拉紧。
为了使装配好的变压器具有更好的刚度和抗潮湿能力，对它的骨架浸以漆并进行随后处理。
31.5；取导线电流密度心=4A/mm2，2=15A/mm2，计算得相应的1次、二次线圈的横截面积Si =942.8mm2.取扁铜线长为18mm，宽为7.1mm，因双铜管材料：环氧树脂漆包双铜管；型号：1033，颜色：黄裸色；干燥类型：气干；耐温等级：B级，在130>下长期使用，漆膜的软化击穿温度不低于200>；倒角：=1mm.在1kH时穿透深度为2.1mm，这里双铜管臂厚度为2.5mm符合条件。
执械工人（热如工）2004年弟10期变压器窗口的设计与校核由于绕组中有绝缘物、
各种垫片和冷却管道，所以变压器磁路系统的窗口要较绕组金属的截面大。
一次、二次线圈径向尺寸取决于线圈匝数、导线尺寸以及绝缘厚度等，求得：山=52.8mm，2 =78.2mm.一、二次线圈的轴向尺寸，取决于绕组导线的宽度及绝缘的厚度！
之间，符合相应的二次电流许用条件。
窗口一、二次线圈示意图一般要求是窗口利用系数大于等于实际的窗口占用系数"，。
对大功率的逆变器，导线面积大，考虑集肤效应，选宽铜带，绝缘材料占得多，再考虑骨架，就比较小，窗口利用系数取实际的窗口占用系数由下式给出：S2二次线圈横截面积，mm2；n1、n2、二次线圈匝数；Ac实际窗口面积，mm2. =0.32，因为K，小于Kc，符合设计要求。
变压器质量与体积的估算一次线圈共有六盘，线圈的宽度为0.018m，估算质量为：
m1="01=1.86kg.二次线圈的横截面积为65x10-6m2，线圈的总长度为0.4m，共4盘，8匝，估算质量为：m2="V2=6.84kg.由于压板的结构比较复杂，将其分成低板、肋板和圈三部分来算，不计螺纹孔的尺寸及质量，估算铝合金压板总质量：m板=2.85kg.电极板的尺寸为20mmX100mmX201mm，不计铜板内水路的尺寸及质量，正负电极板的质量：m电极
=3.6kg.外表封装盖估算为5kg，铁心质量为9.26kg. m电极+A=冷却系统的设计计算根据被冷却组元中的损耗，可以求出冷却水的流量+=7.2L/min.为了对二次绕组组件进行水冷，在线圈盘的侧面应该钎焊冷却水管，水管内径应当保证能通过规定的冷却水量，经计算冷却水管的内径取10mm.我校研制的高频逆变直流点焊变压器，铁心材料选用铁基非晶合金，一次侧为固定匝数、二次侧为二匝（中心抽头）、双铜管水冷，使用铁壳式导磁体和盘状绕组，相比于一般工频变压器其突出特点在于体积小、重量轻。
与相同功率的工频点焊变压器相比体积减少了70，累积总重31kg，而同功率的工频变压器在85kg以上，变压器的重量减少了60；。
由于二次侧使用水冷，温升不到10<，满足了使用要求。