高頻變壓器設計方法

高頻變壓器設計方法 高頻變壓器的設計包括：線(xiàn)圈參數的設計，磁芯材料的選擇，磁芯結構的選擇，磁芯參數的設計，組裝結構的選擇等內容。下面對高頻變壓器線(xiàn)圈參數的計算與選擇、磁芯材料的選擇、磁芯結構的選擇、磁芯參數的設計和組裝結構的選擇進(jìn)行詳細介紹。

(1) 高頻變壓器線(xiàn)圈參數的計算與選擇

高頻變壓器的線(xiàn)圈參數包括：匝數、導線(xiàn)截面(直徑)、導線(xiàn)形式、繞組排列和絕緣安排。

原繞組匝數根據外加激磁電壓或者原繞組激磁電感(儲存能量)來(lái)決定，匝數不能過(guò)多也不能過(guò)少。如果匝數過(guò)多，會(huì )增加漏感和繞線(xiàn)工時(shí);如果匝數過(guò)少，在外加激磁電壓比較高時(shí)，有可能使匝間電壓降和層間電壓降增大，而必須加強絕緣[5]。副繞組匝數由輸出電壓決定。導線(xiàn)截面(直徑)決定于繞組的電流密度。還要注意的是導線(xiàn)截面(直徑)的大小還與漏感有關(guān)。

高頻變壓器的繞組排列形式有：

①如果原繞組電壓高，副繞組電壓低，可以采用副繞組靠近磁芯，接著(zhù)繞反饋繞組，原繞組在最外層的繞組排列形式，這樣有利于原繞組對磁芯的絕緣安排;

②如果要增加原和副繞組之間耦合，可以采用一半原繞組靠近磁芯，接著(zhù)繞反饋繞組和副繞組，最外層再繞一半原繞組的繞組排列形式，這樣有利于減少漏感。

另外，當原繞組為高壓繞組時(shí)，匝數不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì )引起局部短路。

對于絕緣安排，首先要注意使用的電磁線(xiàn)和絕緣件的絕緣材料等級要與磁芯和繞組允許的工作溫度相匹配。等級低，滿(mǎn)足不了耐熱要求，等級過(guò)高，會(huì )增加不必要的材料成本。其次，對在圓柱形磁路上繞線(xiàn)的線(xiàn)圈，最好采用線(xiàn)圈骨架，既可以保證絕緣，又可以簡(jiǎn)化繞線(xiàn)工藝。另外，線(xiàn)圈最外層和最里層，高壓和低壓繞組之間都要加強絕緣。如果一般絕緣只墊一層絕緣薄膜，加強絕緣應墊2～3層絕緣薄膜。

(2) 高頻變壓器磁芯材料的選擇

高頻變壓器磁芯一般使用軟磁材料。軟磁材料有較高磁導率，低的矯頑力， 高的電阻率。磁導率高，在一定線(xiàn)圈匝數時(shí)，通過(guò)不大的激磁電流就能有較高的磁感應強度，線(xiàn)圈就能承受較高的外加電壓，因此在輸出功率一定的情況下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯回環(huán)面積小，則鐵耗也少。電阻率高則渦流小，鐵耗也小。

鐵氧體材料是復合氧化物燒結體，和其它軟磁磁芯材料一樣，軟磁鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)是電阻率高、交流渦流損耗小，價(jià)格便宜，易加工成各種形狀的磁芯，缺點(diǎn)是工作磁通密度低、磁導率不高、磁致伸縮大、對溫度變化比較敏感。它適合高頻下使用，因此高頻變壓器一般采用鐵氧體材料作為磁芯。

(3) 高頻變壓器磁芯結構的選擇

磁芯基本結構有：

①疊片，通常由硅鋼或鎳鋼薄片沖剪成E、I、F、O等形狀，疊成一個(gè)鐵芯。

②環(huán)形鐵芯，由O型薄片疊成，也可由窄長(cháng)的硅鋼、合金鋼帶卷繞而成。

③C形鐵芯，此種鐵芯可免去環(huán)形鐵芯繞線(xiàn)困難的缺點(diǎn)，由二個(gè)C型鐵芯對接而成。

④罐形鐵芯，它是磁芯在外，銅線(xiàn)圈在里，免去環(huán)形線(xiàn)圈不便的一種結構形式，可以減少 EMI。缺點(diǎn)是內部線(xiàn)圈散熱不良，溫升較高。

高頻變壓器設計時(shí)選擇磁芯結構應考慮的因素：降低漏磁和漏感，增加線(xiàn)圈散熱面積，有利于屏蔽，線(xiàn)圈繞線(xiàn)容易， 裝配接線(xiàn)方便等。

在高頻變壓器磁芯結構設計中，對窗口面積的大小，要綜合考慮各種因素后來(lái)決定。為了防止高頻電源變壓器從里向外和從外向里的電磁干擾，有些磁芯結構在窗口外面有封閉和半封閉外殼。封閉外殼屏蔽電磁干擾作用好，但散熱和接線(xiàn)不方便，必須留有接線(xiàn)孔和出氣孔。半封閉外殼，封閉的地方起屏蔽電磁干擾作用，不封閉的地方用于接線(xiàn)和散熱。如果窗口完全開(kāi)放，接線(xiàn)和散熱方便，屏蔽電磁干擾作用差。

(4) 高頻變壓器磁芯參數ΔB的選擇

高頻變壓器磁芯參數選擇時(shí)，必須注意工作磁通密度不只是受磁化曲線(xiàn)限制，還要受損耗的限制，同時(shí)還與功率傳送的工作方式有關(guān)。

對于磁通單方向變化的工作模式： ，ΔB既受飽和磁通密度限制，又受損耗限制。

對于磁通雙方向變化的工作模式： ，工作磁滯回線(xiàn)包圍的面積比局部回線(xiàn)大得多，損耗也大得多，ΔB主要受損耗限制，而且還要注意出現的直流偏磁問(wèn)題。

對電感器功率傳送方式，磁導率是有氣隙后的等值磁導率，一般都比磁化曲線(xiàn)測出的磁導率小。

(5) 高頻變壓器組裝結構的選擇

高頻變壓器組裝結構分為臥式和立式兩種。如果選用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用臥式組裝結構，上下表面比較大，有利于散熱;其它的都采用立式結構。另外，組裝結構中采用的夾件和接線(xiàn)端子等盡量采用標準件，以便于外協(xié)加工，降低成本。

(6) 高頻變壓器工作點(diǎn)的確定

對于新買(mǎi)來(lái)的磁芯，由于廠(chǎng)家提供的磁感應強度值并不準確，一般先要粗略測試它，具體方法：將調壓器接至原線(xiàn)圈，用示波器觀(guān)察副線(xiàn)圈輸出電壓波形，將原線(xiàn)圈的輸入電壓由小到大慢慢升高，直到示波器顯示的波形發(fā)生奇變，此時(shí)磁芯已飽和，根據公式：U=4.44fN1Φm可推知在Φm值。

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