高频变压器的设计方法及其应用研究

减小字体 增大字体 作者:程来星  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2010-02-10 11:33:40

  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
  中图分类号:TM433
  
  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]。电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰。高频变压器产生电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩[3],高频变压器产生电磁干扰的原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。高频电源变压器完成功能有三个:功率传送,电压变换和绝缘隔离。加在原绕组上的电压,在磁芯中产生磁通变化,使副绕组感应电压,从而使电功率从原边传送到副边;电压变换是通过原边和副边绕组匝数比来完成;绝缘隔离通过原边和副边绕组的绝缘结构来完成。提高效率是对电源和电子设备的普遍要求,也是高频变压器的一个设计要求,一般效率要提高到95%以上。高频电源变压器损耗包括磁芯损耗(铁损)和绕组损耗(铜损),变压器的铁损和铜损的比例随变压器的工作频率发生变化。一般在50Hz工频下,铜损远远超过铁损,随着工作频率升高,铜损下降,而铁损随着工作频率升高而迅速增大,铁损是高频电源变压器损耗的主要部分,因此工作。本课题为湖北省教研项目(2009295)资助)。
  根据铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计的一个主要内容。降低成本也是高频电源变压器的一个设计要求,有时甚至是决定性的要求。
  
  3.高频变压器的设计方法
  
  高频变压器的设计包括:磁芯材料的选择,磁芯结构的选择,磁芯参数的设计,线圈参数的设计,组装结构的选择和温升校核等内容。
  (1) 磁芯材料的选择
  设计高频变压器,选择软磁材料

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