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高频变压器设计原理,细细道来

作者:点击:378 发布时间:2022-11-11

高频变压器设计原理

高频变压器的设计中,由于开关电源中的高频变压器传输高频脉冲方波信号,必须尽量减少变压器的泄漏感和分布电容。在瞬态传输过程中,泄漏感和分布电容会导致浪涌电流、尖峰电压和顶部振荡,增加损耗。通常,变压器的泄漏感应控制在初级电感的1%~3%。

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初级线圈的泄漏-变压器的泄漏是由于初级线圈与次级线圈、层与层之间的磁通性没有完全耦合。

分布式电容器-变压器绕组线匝、同一绕组的上下层、不同绕组、绕组与屏蔽层之间形成的电容器称为分布式电容器。

初级绕组-初级绕组应放置在最内层,使变压器初级绕组各匝线长度最短,使整个绕组线最小,有效减少初级绕组本身的分布电容。

二次绕组-初级绕组完成后,应增加(3~5)层绝缘垫,然后绕组二次绕组。这可以降低初级绕组和二次绕组之间分布电容的电容,增加初级和二次绕组之间的绝缘强度,满足绝缘耐压性的要求。

偏压绕组-偏压绕组绕在初级和次级之间,或绕在最外层,根据次级电压或初级电压调整开关电源。


高频变压器设计原理

在设计高频变压器时,您是否了解高频变压器的设计原则和程序?你有没有想过为什么高频变压器要这样设计,这样设计的好处是什么?它的相关设计程序是什么?这些对更深入地了解高频变压器非常有帮助。

超过中频的高频变压器(10)kHz)电源变压器主要用于高频开关电源、高频逆变电源和高频逆变焊机。根据工作频率,可分为几个等级:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上。传输功率大,工作频率低;传输功率小,工作频率高。这样,既有工作频率的差异,也有传输功率的差异不同等级的电源变压器设计方法不同,应不言而喻。


以设计原则为出发点,可对高频变压器提出四项设计要求:使用条件、完成功能、提高效率、降低成本。

1、使用条件

电磁兼容性是指高频变压器既能承受外部电磁干扰,又能承受外部电磁干扰。电磁干扰包括可闻的音频噪声和不可闻的高频噪声。电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩。软磁材料磁致伸缩大,电磁干扰大。例如,锰锌软磁铁氧体,磁致伸缩系数λS为21×10-6是取向硅钢的7倍以上,是高磁导坡莫合金和非晶合金的20倍以上,是微晶纳米晶合金的10倍以上。因此,锰锌软磁铁氧体磁芯产生的电磁干扰很大。

电磁干扰的主要原因是磁芯之间的吸力和绕组线之间的排斥力。这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。因此,工作频率为100kHz没有特殊原因,左右高频变压器不会产生20kHz以下音频噪声。既然提出10W以下单片开关电源的音频噪声频率约为10kHz~20kHz,一定有原因。

由于噪声频谱没有绘制,具体原因尚不清楚,但高频电源变压器本身不太可能产生,因此没有必要使用玻璃珠胶粘剂粘合磁芯。至于这种粘合过程,可以降低音频噪声5dB,请给出实例和数据,并详细说明噪声原因。

屏蔽是防止电磁干扰和增加高频变压器电磁兼容性的好方法。但而,为了防止高频变压器的电磁干扰传播,也应采取相应措施设计核心结构和绕组结构。仅仅依靠外部屏蔽带并不一定是最好的方案,因为它只能防止辐射干扰和传导干扰。

2、完成功能

高频变压器有三个功能:功率传输、电压变换和绝缘隔离。传输功率有两种方式。第一种是变压器功率的传输方式。添加到原绕组上的电压在磁芯中产生磁通量变化,使副绕组感应电压,使电源从原边传输到副边。在功率传输过程中,磁芯分为两种工作模式:单向磁通和双向磁通。磁通密度从最大值改变单向工作模式Bm将其转化为剩余磁通密度Br,或者从Br变化到Bm。磁通密度变化值ΔB=Bm-Br。

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为了提高ΔB,希望Bm大,Br工作模式的磁通度从+改变Bm变化到-Bm,或者从-Bm变化到+Bm。磁通密度变化值ΔB=2Bm,为了提高ΔB,希望Bm大,但不要求Br变压器的功率传输式还是双向工作模式,变压器的功率传输模式都与磁芯磁导率无关。第二种是电感器的功率传输模式。原绕组输入的电能将磁芯激磁并储存为磁能,然后通过去磁使副绕组感应电压,将电能释放到负载中。传输功率取决于电感磁芯的储能,储能取决于原绕组的电感。与磁芯磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能量多,而不直接与磁通密度有关。虽然功率传输方式不同,所需的磁芯参数也不同,但磁芯材料和参数的选择仍然是高频变压器设计的主要内容。

在电源变压器的设计要点一文中,遗憾的是缺乏这一主要内容。只在交流损失一条中提出BAC典型值为0.04~0.075T。显然,本文中的高频变压器采用电感功率传输方式。为什么不提磁导率呢?BAC弄不清楚。经查阅,在2003年1/2期《电源技术应用》中,同一主要作者撰写的开关电源设计要点一文列出了磁芯选择Bm为0.275T。因为没有画磁通密度变化的波形,所以不清楚前面文章中的波形BAC和后文中的Bm是否一致:为什么?BAC和Bm相差6.8~3.7倍?更不清楚选择哪种软磁铁氧体材料?为何选择这种型号?两篇文章都没有解释,只好让读者自己猜。

通过原边和副边绕组匝数比完成电压转换。无论输电方式如何,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组的匝数比,只要不改变匝数比,就不会影响电压变换。但绕组匝数与高频电源变压器的泄漏有关。与原绕组匝数的平方成正比。有趣的是,漏感能指定一个值吗?2003年第六期《电源技术应用》同时发表的两篇文章有不同的看法。设计要点一文说:对于符合绝缘和安全标准的高频变压器,漏感应为次级开路时初级电感应量的1%~3%。辨析一文说:在许多技术单上都标有漏感=磁化电感或漏感的1%。

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