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第八讲：高频变压器设计 主讲:马瑞卿 电气工程系 2011.10 高频变压器设计 1、概述 2、设计应满足的要求 3、设计举例 4、总结 高频变压器设计 1、概述 1）定义：变压器是一种电能转换装置，它以相同 的频率，但往往是不同的电压和电流把能量从一 个或多个电路转换到另一个或多个电路中去。 2）作用：磁能转换 ；电压变换； 绝缘隔离。 3）特点：和工频变压器相比，体积小、重量轻、 转换效率高，频率提高了几百倍，绕组圈数大大 减少，铜耗、调整率也变小，但铁芯中的损耗随 着频率的提高大大增加。 高频变压器设计 1、概述 4）新型变压器： a、平面变压器：没有铜导线，代之 以单层或多层印刷电路板，因而厚度远低于常规变压器，能够直接制作在印刷电路板上。 其突出优点是：能量密度高，因而体积大大缩小，相当于常规变压器的20%；效率高，通常为97%-99%；工作频率高，从50kHz到2MHz；漏感低(小于0.2%)；电磁干扰小(EMI)等 高频变压器设计 1、概述 4）新型变压器： b、 压电变压器：压电变压器是应用电能-机械能-电能的一种新型变压器，它是利用压电陶瓷电致伸缩的正向和反向特性而制成的。 高频变压器设计 1、概述 高频变压器设计 2、设计应满足的要求 2.1、基本要求 2.2、磁芯 2.3、漏感和分布电容 2.4、趋肤效应 2.5、绝缘问题 2.1、基本要求 设计变压器时,应当预先知道工作频率、电路拓扑、变压器损耗、输入和输出电压、输出功率或输出电流以及环境条件等。同时根据输出功率与变压器各参数（如磁芯截面积、磁芯窗口面积、骨架面积、峰值磁通密度、变压器工作频率及线圈电流密度等）之间的数量关系确定变压器磁芯尺寸。设计变压器时应满足最坏情况，以保证设计的变压器在规定范围内都能达到工作要求，确保在体积最小情况下获得最大输出功率。 2.2、磁芯 （1）性能要求： 尽可能高的磁感应强度； 尽可能高的磁导率； 磁损失要小； 要求线包加工及装配容易； 磁特性随温度变化要小，即稳定的温度系数。 铁氧体磁芯由于价格便宜，磁芯形式多样，得到了广泛的应用，但也有很多缺点。在体积重量、环境条件及性能指标要求高的场合可使用坡莫合金和非晶态合金等材料。三种材料主要磁性能见表（1） 2.2、磁芯 （2）可传输功率与f的关系： （1） 式中，f 为工作频率，Bmax 为最大允许磁通密度，Ae 为磁路截面积，C为与开关电源电路工作型式有关的系数，Wd为绕组设计系数（包括电流密度、占空因子、绕组截面积等）。 磁芯总损耗与工作频率及工作磁通的关系： （2） 式中，Ve为有效体积，n是Steinmetz指数，对功率铁氧体的典型值是2.5，指数m=1~1.3（磁损由磁滞损耗引起时m=1；当f=10~100kHz时m=1.3；当f100kHz时，m 将增大。 2.2、磁芯 （2）可传输功率与f的关系 当前开关电源的目标是在给定通过功率下要减小尺寸和重量，由（1）式知，要提高变压器通过功率，可提高频率。但是提高频率除了要应用快速晶体管以外，还受其他电路影响所限制，如电压和电流的快速改变，在开关电路中产生扩大的谐波谱线，造成无线电频率干扰，电源的辐射。对磁芯来说，由（2）式知，f增大，磁损增加，因此，提高f还要求改进高频磁芯损耗。 2.2、磁芯 （3）工作磁通密度 变压器工作磁通密度受两方面的限制：一是磁芯损耗引起的可允许温升 ；二是铁氧体材料饱和磁通密度。对单端正向型变压器， ；对推挽式变压器， 。 （3） 式中，Cb和n是与磁芯材料有关的系数；Ve是有效体积；Rth为热阻。 由（3）式计算出的 较高时，还受磁通密度偏移 所限制。对不等截面磁芯（如E型），在最小截面 处有较高磁通密度。还必须按下式计算： （4） 由（3）（4）所得的最小磁密偏移值即为可允许