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行业新闻

高频变压器的设计包括到底是什么?

作者:薹戈电子点击:312 发布时间:2022-12-09

  引言

  高频变压器的设计包括:线圈参数的设计,磁性材料的选择,磁芯结构的选择,磁芯参数的设计,变压器结构的选择等方面。

  以下对高频变压器线圈参数的设计、磁性材料的选择、磁芯结构的选择、磁芯参数的设计和变压器结构的选择进行简要介绍。

  

高频变压器

  线圈参数的设计

  高频变压器的线圈参数包括:线圈圈数、线材直径、线材类型、绕组排布和安全绝缘的设计。

  初级绕组圈数由外加激磁电压或者初级绕组激磁电感来决定,圈数不能过多也不能过少。如果圈数过多,漏感会增加,且增加绕线工时;如果圈数过少,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,而必须额外加强安全绝缘。次级绕组圈数由输出电压决定。线材直径决定于绕组的电流密度。另外,线材直径的大小还与漏感强相关。

  绕组排布方式

  ■如果是降压变压器,可以采用次级绕组靠近磁芯,接着绕反馈绕组,初级绕组在最外层的排布方式,这样有利于初级绕组对磁芯的安全绝缘设计。

  ■如果要增加初级与次级绕组之间的耦合,可以采用一半初级绕组靠近磁芯,再绕反馈绕组和次级绕组,最外层再绕一半初级绕组的排布方式,这样有利于漏感的减少。

  降压变压器的初级圈数不能太少,否则,匝间或者层间电压相差过大,容易引起局部短路。

  对于安全绝缘的安排,首先要注意使用的线材、骨架、绝缘材料的等级要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。温度等级低,满足不了耐热要求,温度等级过高,则会增加不必要的材料成本。其次,在圆柱形磁路上绕线的线圈,最好采用骨架,这样才可以保证安全绝缘,又能简化绕线工艺。另外,线圈最外层和最里层,高压和低压绕组之间都要加强安全绝缘。如果一般绝缘可包覆一层绝缘胶带,加强绝缘应包覆2~3层绝缘胶带。

  磁性材料的选择

  高频变压器磁芯一般选择使用软磁材料。软磁材料有以下特征:较高磁导率、较低矫顽力、较高电阻率。磁导率高,在线圈圈数不变时,通过不大的激磁电流就能有较高的磁感应强度,线圈就能承受较高的外加电压,因此在输出功率保持不变的情况下,可减少磁芯体积。矫顽力低,磁芯的磁滞回环面积较小,那么铁耗也就较小。电阻率较高则涡流会比较小,铁耗也相应减少。

  铁氧体材料是软磁材料的一种,和其它软磁磁性材料一样,软磁铁氧体有电阻率高、交流涡流损耗小的优点,且价格相对较便宜,易加工成各种形状的磁芯,缺点是工作磁通密度较低、磁导率不高、磁致伸缩大、对温度变化比较敏感。它比较适合高频下使用,因此,高频变压器一般选择铁氧体材料作为磁性材料。

  磁芯类型的选择

  高频变压器设计时选择磁芯类型应考虑的因素: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。

  在高频变压器磁芯结构设计中,对窗口面积的大小,要综合考虑各种因素再决定。为了防止高频电源变压器从里向外和从外向里的电磁干扰,有些磁芯结构在窗口外面有封闭和半封闭外壳。封闭外壳屏蔽电磁干扰作用好,但散热和接线不方便,必须留有接线孔和出气孔。半封闭外壳,封闭的地方起屏蔽电磁干扰作用,不封闭的地方用于接线和散热。如果窗口完全开放,接线和散热方便,屏蔽电磁干扰作用差。

  磁芯ΔB参数的选择

  高频变压器磁芯参数选择时,须了解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。

  对于磁通单方向变化的工作模式:ΔB既受饱和磁通密度限制,又受损耗限制。

  对于磁通双方向变化的工作模式:工作磁滞回线包围的面积比局部回线大得多,损耗也大得多,ΔB主要受损耗限制,而且还要注意出现的直流偏磁问题。

  对电感器功率传送方式,磁导率是有气隙后的等值磁导率,一般都比磁化曲线测出的磁导率小。

  变压器结构的确定

  高频变压器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,上下表面比较大,有利于散热;其它的都采用立式结构。另外,组装结构中采用的五金件或端子等尽量采用标准器件,便于采购,减少研发时间,降低研发成本。

  变压器工作点测定

  对于新选择的磁芯,厂商提供的磁感应强度值并不一定准确,建议先粗略测试,具体测试方法如下:将调压器接至初级线圈,用示波器观察次级线圈输出电压波形,将初级线圈的输入电压逐渐升高,直到示波器显示的波形发生突变,此时可确定磁芯已饱和,根据公式:U=4.44fN1Φm可推知在磁感应强度值。

  结束语

  高频变压器设计与磁学、电路强相关,做好变压器设计,需要脚踏实地,学习磁学及电路相关基础知识,不懂电路的高频变压器设计就是无源之水,设计出来的产品很难符号客户电路的真正要求。

  因此,了解电路,再设计变压器是我们变压器工程师的重中之重。点击下方“阅读原文”查看更多顺络电子资讯


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