高頻平板變壓器設計原理
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時(shí)間：2011-05-04
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
變壓器一直是電源設備和裝置，縮小體積、提高功率密度、實(shí)現模塊化的一只攔路虎。雖然高頻變換技術(shù)引入電源后，可以甩掉體積龐大的工頻變壓器，但還需使用鐵氧體磁芯的高頻變壓器。鐵氧體磁芯高頻變壓器的體積雖比工頻變壓器小，但離開(kāi)模塊化的要求還相差很遠。它不但體積還嫌大，而且它的發(fā)熱量，漏電感都不小。因此近幾年來(lái)，許多專(zhuān)家、學(xué)者、工程師一直在研究解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。高頻平板變壓器的研制開(kāi)發(fā)成功，就使變壓器技術(shù)發(fā)生一個(gè)飛躍。它不但能使變壓器的體積縮小很多，而且還能使變壓器內部的溫升很低、漏電感很小，效率可做到 99.6％，成本比一般同功率的變壓器低一半。它可用于單端正、反激，半橋，全橋和推挽變換器中作AC/DC和DC/DC變換器用。它對低電壓、大電流的變換器特別適用。所以用它來(lái)做當代計算機電源特別合適。
2 運行在高頻情況下常規變換變壓器存在的問(wèn)題
?。?）漏電感（簡(jiǎn)稱(chēng)漏感）
理想的變壓器（完全耦合的變壓器）原邊繞組產(chǎn)生的磁通應全部穿過(guò)副邊繞組，沒(méi)有任何損失和泄漏。但實(shí)際上常規的變換變壓器不可能實(shí)現沒(méi)有任何損失和泄漏。原邊繞組產(chǎn)生的磁通不可能全部穿過(guò)副邊繞組。非耦合部分磁通就在繞組或導體中有它自己的電感，存貯在這個(gè)“電感”中的能量不和主功率變壓器電路相耦合。這種電感我們稱(chēng)之為“漏感”。理想變換器對絕緣的要求和為了要得到很低的電磁干擾（EMI）而需要很緊的電磁耦合以減小漏感的要求，是相互矛盾的。
當變壓器不通電（轉向脫離電源或開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷期間）時(shí)，漏感存貯的能量要釋放出來(lái)形成明顯的噪音。在示波器上能看到此噪音的高頻尖峰脈沖波形。高頻尖峰脈沖波形的幅值Uspike和漏感Lleak與電流相對時(shí)間變化率的乘積成正比。即：
|Uspike|=Lleakdi/dt（1）
當工作頻率升高，電流相對時(shí)間的變化率也就增加。漏感的影響將更嚴重。漏感的影響和變換器的開(kāi)關(guān)速度成正比。漏感產(chǎn)生過(guò)高的尖峰脈沖會(huì )損壞變換
圖1常規變換變壓器和平板變壓器示意圖
?。╝）常規變換變壓器（b）平板變壓器
器中的功率器件并形成明顯的電磁干擾（EMI）。為了降低漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖幅值Uspike，而在變換器電路中必須加入緩沖網(wǎng)絡(luò )。但緩沖網(wǎng)絡(luò )的加入，會(huì )增大變換器電路的損耗。使變換器電路隨工作頻率提高，損耗增加，效率降低。
（2）繞組間電容
當變壓器的繞組是多層繞組時(shí)，則頂層繞組和底層繞組之間就有電位差。兩個(gè)導體之間有電位差，就存在電容。這個(gè)電容就稱(chēng)為“繞組間電容”。當工作在高頻時(shí)，這個(gè)電容會(huì )以驚人的速率進(jìn)行充電和放電。電容充電和放電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生損耗。在給定的時(shí)間內，它充電和放電的次數愈多，損耗就愈大。
?。?）趨膚效應
?。?）鄰近效應
?。?）局部過(guò)熱點(diǎn)
常規的變換變壓器工作在高頻時(shí)，其磁芯中部
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