电源变压器的功用是功率传送、电压改换和绝缘阻隔,作为一种首要的软磁电磁元件,在电源技能中和电力电子技能中得到广泛的运用.依据传送功率的巨细,电源变压器能够分为几档:10kVA以上为大功率,10kVA~0.5kVA为中功率,0.5kVA~25VA为小功率,25VA以下为微功率.传送功率不同,电源变压器的规划也不相同,应当是显而易见的.有人依据它的首要功用是功率传送,把英文名称“Power Transformers”译成“功率变压器”,在许多文献资料中仍然在运用.终究是叫“电源变压器”,仍是叫“功率变压器”好呢?有待于科技能语方面的权威机构来挑选决议.
同一个英文名称“Power Transformer”,还可译成“电力变压器”.电力变压器首要用于电力输配体系中起功率传送、电压改换和绝缘阻隔效果,原边电压为6kV以上的高压,功率最小5kVA,最大超越上万kVA.电力变压器和电源变压器,尽管作业原理都是依据电磁感应原理,可是电力变压器既着重功率传送大,又着重绝缘阻隔电压高,不管在磁芯线圈,仍是绝缘结构的规划上,都与功率传送小、绝缘阻隔电压低的电源变压器有明显的不同,更不能将电力变压器规划的优化规划条件生搬硬套地运用到电源变压器中去.电力变压器和电源变压器的规划方法不相同,也应当是显而易见的.
高频电源变压器是作业频率超越中频(10kHz)的电源变压器,首要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器,也有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的.按作业频率凹凸,可分为几个层次:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、 100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上.传送功率比较大的,作业频率比较低;传送功率比较小的,作业频率比较高.这样,既有作业频率的不同,又有传送功率的不同,作业频率不同层次的电源变压器规划方法不相同,也应当是显而易见的.
如上所述,作者对高频电源变压器的规划准则、要求和程序不存在过错概念,而是在2003年7月初,阅览《电源技能运用》2003 年第6期特别引荐的2篇高频磁性元件规划文章后,发生了疑虑,感到有些问题值得进一步参议,因而才动笔写本文.正如《电源技能运用》主编寄语所说的那样: “详细地剖析详细的状况”,写的意图,是测验把最难详细阐明和挑选的磁性元件之一的高频电源变压器的规划问题弄清楚.如有说得不对的当地,敬请几位作者和广大读者纠正.
2 高频电源变压器的规划准则
高频电源变压器作为一种产品,天然带有产品的特点,因而高频电源变压器的规划准则和其他产品相同,是在详细运用条件下完结详细的功用中寻求功用价格比最好.有时或许侧重功用和功率,有时或许侧重价格和本钱.现在,轻、薄、短、小,成为高频电源的发展方向,是着重下降本钱.其间成为一大难点的高频电源变压器,更需求在这方面下功夫.所以在高频电源变压器的“规划要害”一文中,只谈功用,不谈本钱,不能不说是一大缺憾,假如能仔细考虑一下高频电源变压器的规划准则,寻求更好的功用价格比,传送不到10VA的单片开关电源高频变压器,应当规划出更轻、薄、短、小的计划来.不谈本钱,商场的价值规律是无情的!许多功用好的产品,往往因为价格不能为商场接受而遭萧瑟和筛选.往往一种新产品最终被本钱否决.一些“节能不节钱”的产品为什么在商场上推行不开值得我们沉思.
产品本钱,不光包含资料本钱,出产本钱,还包含研制本钱,规划本钱.因而,为了节省时刻,依据以往的经历,对高频电源变压器的铁损铜损份额、漏感与激磁电感份额、原边和副边绕组损耗份额、电流密度供给一些参阅数据,对窗口填充程度,绕组导线和结构引荐一些计划,有什么欠好?为什么必定要按步就班地来回进行核算和仿真,才不是概念过错?作者曾在20世纪80年代中开发高频磁放大器式开关电源,以温升最低为条件,对高频电源变压器进行过优化规划.因为热阻难以确认,结果与试制样品相差甚远,不得不再次批改.现在有些公司的磁芯产品阐明书中,为了缩短用户规划高频电源变压器的时刻,有的列出简化的规划公式,有的用表列出磁芯在某种作业频率下的传送功率.这种既为用户考虑,又推行公司产品的双赢行为,是彻底契合商场规律的行为,绝不是什么需求剖析的过错概念.问题是供给的参阅数据,引荐的计划是否是经历的总结?有没有遍及性?包含“剖析”一文中提出的一些说法,都需求经过实践查验,才干站得住脚.
总归,千万记住:高频电源变压器是一种产品(即产品),规划准则是在详细的运用条件下完结详细的功用中寻求功用价格比最好.查验规划的唯一规范是规划出的产品能否饱尝住商场的检测.
3 高频电源变压器的规划要求
以规划准则为起点,能够对高频电源变压器提出4项规划要求:运用条件,完结功用,进步功率,下降本钱.
3.1 运用条件
运用条件包含两方面内容:可靠性和电磁兼容性.曾经只留意可靠性,现在因为环境保护认识增强,有必要留意电磁兼容性.
可靠性是指在详细的运用条件下,高频电源变压器能正常作业到运用寿命停止.一般运用条件对高频电源变压器影响最大的是环境温度.有些软磁资料,居里点比较低,对温度灵敏.例如:锰锌软磁铁氧体,居里点只需215℃,其磁通密度,磁导率和损耗都随温度发生改动,故除正常温度25℃外,还要给出60℃,80℃,100℃时的各种参阅数据.因而,将锰锌软磁铁氧体磁芯的作业温度约束在100℃以下,也便是环境温度为40℃时,温升只答应低于 60℃,恰当于A级绝缘资料温度.与锰锌软磁铁氧体磁芯相配套的电磁线和绝缘件,一般都选用E级和B级绝缘资料,选用H级绝缘的三重绝缘电磁线和聚酰胺薄膜,是不是大材小用?本钱添加多少?是不是因为H级绝缘的高频电源变压器优化的规划计划,能够使体积削减1/2~1/3的原因?假如是,请举详细实例数据.作者曾开发H级绝缘工频50Hz,10kVA干式变压器,与B级绝缘工频50Hz,10kVA干式变压器比较,体积减小15%到20%,现已恰当可观了.原本体积就比较小的高频100kHz10VA高频电源变压器,如次级绕组选用三重绝缘线,能把体积减小1/2~1/3,那必定是很名贵的经历.请有关作者详细介绍优化规划计划,以便广大读者学习.
电磁兼容性是指高频电源变压器既不发生对外界的电磁搅扰,又能接受外界的电磁搅扰.电磁搅扰包含可闻的音频噪声和不行闻的高频噪声.高频电源变压器发生电磁搅扰的首要原因之一是磁芯的磁致弹性.磁致弹性大的软磁资料,发生的电磁搅扰大.例如,锰锌软磁铁氧体,磁致弹性系数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.因而锰锌软磁铁氧体磁芯发生的电磁搅扰大.高频电源变压器发生电磁搅扰的首要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力.这些力的改动频率与高频电源变压器的作业频率一起.因而,作业频率为 100kHz左右的高频电源变压器,没有特别原因是不会发生20kHz以下音频噪声的.已然提出10W以下单片开关电源的音频噪声频率,约为 10kHz~20kHz,必定有其原因.因为没有画出噪声频谱图,详细原因说不清楚,可是由高频电源变压器自身发生的或许性不大,没有必要选用玻璃珠胶合剂粘合磁芯.至于选用这种粘合工艺可将音频噪声下降5dB,请给出实例与数据以及对噪声原因的详细阐明,才会令人可信.
屏蔽是避免电磁搅扰,添加高频电源变压器电磁兼容性的好方法.可是为了阻挠高频电源变压器的电磁搅扰传达,在规划磁芯结构和规划绕组结构也应当采纳相应的方法,只靠加外屏蔽带并不必定是最佳计划,因为它只能阻挠辐射搅扰,不能阻挠传导搅扰.
3.2 完结功用
高频电源变压器完结功用有3个:功率传送,电压改换和绝缘阻隔.功率传送有两种方法.第一种是变压器功率的传送方法,加在原绕组上的电压,在磁芯中发生磁通改动,使副绕组感应电压,然后使电功率从原边传送到副边.在功率传送进程中,磁芯又分为磁通单方向改动和双方向改动两种作业方法.单方向改动作业方法,磁通密度从最大值Bm改动到剩下磁通密度Br,或许从Br改动到Bm.磁通密度改动值ΔB=Bm-Br.为了进步ΔB,期望Bm大, Br小.双方向改动作业方法磁通度从+Bm改动到-Bm,或许从-Bm改动到+Bm.磁通密度改动值ΔB=2Bm,为了进步ΔB,期望Bm大,但不要求 Br小,不管是单方向改动作业方法仍是双方向改动作业方法,变压器功率传送方法都不直接与磁芯磁导率有关.第二种是电感器功率传送方法,原绕组输入的电能,使磁芯激磁,变为磁能贮存起来,然后经过去磁使副绕组感应电压,变成电能开释给负载.传送功率决议于电感磁芯储能,而储能又决议于原绕组的电感.电感与磁芯磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能多,而不直接与磁通密度有关.尽管功率传送方法不同,要求的磁芯参数不相同,可是在高频电源变压器规划中,磁芯的资料和参数的挑选仍然是规划的一个首要内容.在电源变压器“规划要害”一文中,很惋惜短少这一个首要内容.仅仅在“沟通损耗”一条中,提出BAC典型值为0.04~0.075T.明显,文中的高频电源变压器是选用电感功率传送方法,为什么不提磁导率,而提BAC弄不清楚.经查阅,在《电源技能运用》 2003年1/2期,同一首要作者写的开关电源“规划要害”一文中,列出了“磁芯的挑选”,也没有提磁导率,仅仅提出最大磁通密度Bm为0.275T.因为没有画磁通密度改动波形,弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一起:为什么BAC和Bm相差6.8~3.7倍?更不清楚,选的是哪一种软磁铁氧体资料?为什么选这种类型?两文中都没有一点阐明,只好让读者自己去猜想了.
电压改换经过原边和副边绕组匝数比来完结.不管功率传送是哪一种方法,原边和副边的电压改换比等于原绕组和副绕组匝数比,只需不改动匝数比,就不影响电压改换.可是,绕组匝数与高频电源变压器的漏感有关.漏感巨细与原绕组匝数的平方成正比.风趣的是,漏感能不能规矩一个数值?《电源技能运用》2003年第6期一起刊登的两篇文章有着不同的说法.“规划要害”一文中说:“关于一契合绝缘及安全规范的高频变压器,其漏感量应为次级开路时初级电感量的1%~3%”.“剖析”一文中说:“在许多技能单上,标示着漏感=1%的磁化电感或漏感<2%的磁化电感等相似的技能要求.其实这种写法或规划规范很不专业.电源规划者应当依据电路正常作业要求,对所能接受的漏感值作一个数值约束.在制作变压器的进程中,应在不使变压器的其他参数(如匝间电容等)变差的状况下尽或许减小漏感值,而非给出漏感与磁化电感的份额联系作为技能要求”.“不然这将标明你不理解漏感常识或并不真实关怀实践的漏感值”.尽管两篇文章说法不相同,可是有一点是一起的,便是尽或许减小漏感值.因为漏感值大,贮存的能量也大,在电源开关进程中忽然开释,会发生尖峰电压,添加开关器材接受的电压峰值,对绝缘晦气,也发生附加损耗和电磁搅扰.
绝缘阻隔经过原边和副边绕组的绝缘结构来完结.为了确保绕组之间的绝缘,有必要添加两个绕组之间的间隔,然后下降绕组间的耦合程度,使漏感增大.还有,原绕组一般为高压绕组,匝数不能太少,不然,匝间或许层间电压相差大,会引起部分短路.这样,匝数有下限,使漏感也有下限.总归,在高频电源变压器绝缘结构和全体结构规划中,要统筹考虑漏感和绝缘强度问题.
3.3 进步功率
进步功率是对电源和电子设备的遍及要求.尽管从单个高频电源变压器来看,损耗不大.例如,100VA高频电源变压器,功率为98%时,损耗只需2W,并不多.可是成十万个,成百万个高频电源变压器,总损耗或许到达上100kW,乃至上MW.还有,许多高频电源变压器一向长时间运转,年总损耗恰当可观,有或许到达上10GW·h.这样,进步高频电源变压器功率,能够节省电力.节省电力后,能够少建发电站.少建发电站后,能够少耗费煤和石油,能够少排放CO2,SO2,NOx,废气,废水,烟尘和灰渣,削减对环境的污染.既具有节省能源,又具有环境保护的两层社会经济效益.因而,进步功率是高频电源变压器一个首要的规划要求,一般功率要进步到95%以上,损耗要削减到5%以下.高频电源变压器损耗包含磁芯损耗(铁损)和绕组损耗(铜损).有人关怀变压器的铁损和铜损的份额.这个份额是随变压器的作业频率发生改动的.假如变压器的外加电压不变,作业频率越低,绕组匝数越多,铜损越大.因而在 50Hz工频下,铜损远远超越铁损.例如:50Hz,100kVAS9型三相油浸式硅钢电力变压器,铜损为铁损的5倍左右.50Hz, 100kVASH11型三相油浸式非晶合金电力变压器,铜损为铁损的20倍左右.并不存在“剖析”一文中所说那样,工频变压器从热安稳热均匀视点动身,把铜损等于铁损作为经历规划规矩.跟着作业频率升高,绕组匝数削减,尽管因为趋表效应和附近效应存在而使绕组损耗添加,可是总的趋势是铜损跟着作业频率升高而下降.而铁损包含磁滞损耗和涡流损耗,跟着作业频率升高而敏捷增大.在某一段作业频率,有或许呈现铜损和铁损持平的状况,超越这一段作业频率,铁损就大于铜损.构成铁损不等于铜损的原因,也并不象“剖析”一文中所说那样是因为“高频变压器选用十分细的漆包线作为绕组”.导线粗细的挑选,尽管受趋表效应影响,但首要由高频电源变压器的传送功率来决议,与作业频率不存在直接联系.并且,选用十分细的漆包线作为绕组,反而会添加铜损,推迟铜损的下降趋势.说不定在规划选定的作业频率下,还有或许呈现铜损等于铁损的状况.依据有的资料介绍,中小功率高频电源变压器的作业频率在100kHz左右,铁损现已大于铜损,而成为高频电源变压器损耗的首要部分.
正因为铁损是高频电源变压器损耗的首要部分,因而依据铁损挑选磁芯资料是高频电源变压器规划的一个首要内容.铁损也成为点评软磁芯资料的一个首要参数.铁损与磁芯的作业磁通密度作业频率有关,在介绍软磁磁芯资料铁损时,有必要阐明在什么作业磁通密度下和在什么作业频率下损耗.用符号表明时,也有必要标明PB/f〔式中作业磁通密度B的单位是T(特斯拉),作业频率f的单位是Hz(赫芝)〕.例如,P0.5/400表明作业磁通密度为 0.5T,作业频率为400Hz时的损耗.又例如,P0.1/100k表明作业磁通密度为0.1T,作业频率为100kHz时的损耗.铁损还与作业温度有关,在介绍软磁磁芯资料铁损时,有必要指明它的作业温度,特别是软磁铁氧体资料,对温度改动比较灵敏,在产品阐明书中都要列出25℃至100℃的铁损.
软磁资料的饱满磁通密度并不彻底代表运用的作业磁通密度的上限,常常是铁损约束了作业磁通密度的上限.所以,在新的电源变压器用软磁铁氧体资料分类规范中,把答应的作业磁通密度和作业频率乘积B×f,作为资料的功用因子,并阐明在功用因子条件下答应的损耗值.新的分类规范依据功用因子把软磁铁氧体资料分为PW1,PW2,PW3,PW4,PW5等5类,功用因子越高的,作业频率越高,极限频率也越高.例如,PW3类软磁铁氧体资料,作业频率为100kHz,极限频率为300kHz,功用因子B×f为10000mT×kHz,即在100mT(0.1T)和100kHz下,100℃时损耗a级≤300kW/m(300mW/cm3),b级≤150kW/m3(150mW/cm3).日本TDK公司出产的PC44型软磁铁氧体资料到达 PW3a级规范,达不到PW3b级规范.
“规划要害”一文中提出高频变压器运用的铁氧体磁芯在100kHz时的损耗应低于50mW/cm3,没指明是选哪一类软磁铁氧体资料,也没阐明损耗对应的作业磁通密度.读者只好去猜:损耗对应的作业磁通密度是《电源技能运用》2003年6期“规划要害”一文中的BAC典型值 0.04~0.075T?仍是《电源技能运用》2003年1/2期“规划要害”一文中的Bm值0.237T?不管是0.075T,仍是0.237T?要到达100kHz下铁损低于50mW/cm3的铁氧体资料是十分先进的.请介绍一下是哪家公司哪种类型产品,以便读者也去购买.
在某一段作业频率下,高频电源变压器的绕组损耗(铜损)与铁损相挨近时,例如,铜损/铁损=100%~25%范围内,铜损也不能忽视,也应当考虑采纳方法来削减铜损.因为原绕组和副绕组承当的功率附近,往往在规划中取原绕组的铜损等于副绕组的铜损,以便简化规划核算进程,这并不象 “剖析”一文中所说的那样:“仅仅工频变压器规划的一种经历规矩,”对必定作业频率下高频电源变压器规划也适用.不能只着重依托温升来规划高频电源变压器,因为热阻不简单精确确认,规划核算恰当费事.因而,为了简化核算,有时依据经历预先引荐一些准则和数据是必要的.相同,为了简化核算,对不同作业频率,不同功率的高频电源变压器引荐不同的绕组电流密度,也是必要的,但不限于某一个电流密度值,例如,2A/mm2~3A/mm2.应当看到:完结高频电源变压器规划要求的方法并不限于一种,应当答应进行多种多样的探究.“你走你的阳关道,我走我的独木桥”.为什么必定要按你指定的路途走,才不是“过错概念”呢?
3.4 下降本钱
下降本钱是高频电源变压器的一个首要规划要求,有时乃至是决议性的要求.高频电源变压器作为一种产品,和其他产品相同,都面临着商场竞赛.竞赛的内容包含功用和本钱两个方面,缺一不行.不留意下降本钱,往往会在竞赛中被筛选.
高频电源变压器的本钱包含资料本钱,制作本钱和办理本钱.规划是高频电源变压器下降本钱的首要手法.高频电源变压器所用的资料和零部件的贵贱和数量的多少?是否便利收购?是否要备有多少库存量?磁芯,线圈和全体结构的加工和安装工艺杂乱仍是简略?需求人工占的份额多大(完结出产进程的机械化和自动化,能够削减人工工时,更能确保产品的一起性和质量)?是否需求工模具?质量操控中需求检测的工序和参数:哪些参数要在加工进程中检测?哪些参数要在出厂实验中检测(出厂实验的参数应挑选能决议功用的要害参数,数量不要多,以便能即时判别产品质量.)?哪些参数要在型式实验中检测?要用什么检测仪器和设备,价格怎么?等等,都是由规划来决议的.因而,高频电源变压器的规划者除了要了解高频电源变压器的理论和规划方法而外,还要了解各种软磁资料和磁芯的功用和价格,各种电磁线的功用和价格,各种绝缘资料的功用和价格;还要了解磁芯加工热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺及变压器拼装工艺;还要了解完结质量操控的检测参数和仪器设备;还要了解出产办理的根本常识以及高频电源变压器的商场动态等等.只需常识全面的规划者,才干规划出功用好,本钱低的高频电源变压器产品.
下降本钱是促进高频电源变压器技能发展的一种推动力.为什么轻、薄、短、小成为高频电源变压器的发展方向?原因之一是这样既能下降资料本钱,又能下降制作本钱.进步作业频率,能够使高频电源变压器的分量和体积下降.可是,要战胜高频带来的负面影响,有必要选用新的软磁资料和导电资料并添加按捺高频电磁搅扰的方法,因而,对详细运用条件下的高频电源变压器终究选用多高的作业频率?要在归纳考虑功用和全体本钱后决议.进步功率,下降损耗发生的热量,能够削减高频电源变压器散热的外表积,然后使体积和分量下降.可是,下降损耗有必要选用新资料和新工艺.因而,对详细运用条件下的高频电源变压器终究到达多高的功率?也要在归纳考虑功用和全体本钱后决议. 4
高频电源变压器的规划程序
高频电源变压器的规划程序,包含磁芯资料,磁芯结构,磁芯参数,线圈参数,拼装结构和温升校核等内容.下面别离进行评论.
4.1 磁芯资料
依据高频电源变压器的规划要求,挑选软磁资料原本应当是规划程序的第一项.可是,现在一般都以为高频电源变压器应当挑选软磁铁氧体,是天然而然的作业.许多有关高频电源变压器的论文,专著和教材,只针对软磁铁氧体进行评论,而对其他软磁资料有时阐明一下,有时只字不提.并且终究挑选哪一类软磁铁氧体,也不加以阐明,好象我们都知道.《电源技能运用》2003年第6期中的两篇文章便是一例.
和任何软磁磁芯资料相同,软磁铁氧体有自己的优缺陷.软磁铁氧体的长处是电阻率高、沟通涡流损耗小,价格廉价,易加工成各种形状的磁芯.缺陷是作业磁通密度低,磁导率不高,磁致弹性大,对温度改动比较灵敏.因而,有些高频电源变压器并不合适挑选软磁铁氧体.例如,作业频率比较低(50kHz以下),功率比较大的高频电源变压器,假如挑选软磁铁氧体,因为作业磁通密度低,用资料多,磁芯体积大,加工困难,易碎,成品率不高,显不出价格廉价的优势.又例如,作业频率高(500kHz以上),功率比较小的高频电源变压器,磁芯分量和体积原本都小,假如挑选软磁铁氧体,有必要用PW4、 PW5类资料,价格也不廉价,与其他软磁资料比较,磁芯价格根本恰当,有时反而因为体积大,而处于晦气方位.即便在合适于软磁铁氧体的作业频率范围内,也要对挑选哪一类软磁铁氧体更能全面满意高频电源变压器的规划要求,进行仔细考虑,才干够使规划出来的高频电源变压器到达比较抱负的功用价格比.
4.2 磁芯结构
高频电源变压器规划中挑选磁芯结构时考虑的要素有:下降漏磁和漏感,添加线圈散热面积,有利于屏蔽,线圈绕线简单,安装接线便利等.
漏磁和漏感与磁芯结构有直接联系.假如磁芯不需求气隙,则尽或许选用关闭的环形和方框型结构磁芯,特别是作业频率高的电源变压器,因为,有一点漏感,就简单发生比较大的漏阻抗.关闭磁芯的磁通根本上会集在磁芯里边,漏磁小.一起,不管外界搅扰磁场从哪个方向侵入,都在磁芯中分为两个方向经过,发生的搅扰相互抵消.可是,关闭磁芯绕线困难,且环形磁芯散热要经过线圈,并且内层引出线也要穿过线圈引出,故有必要加强绝缘.不关闭磁芯绕线简单,磁芯散热面大,可直接散热,引出线也简单.主张装线圈的磁路部分为圆柱形截面,削减均匀匝长,下降损耗.矮胖圆柱形磁芯的漏磁和漏感比瘦高圆柱形磁芯大,一个原因是胖,圆柱形大,漏磁辐射面大;另一个原因是矮,上下两磁轭间隔近,简单构成漏磁通的途径.不关闭磁芯中的气隙巨细和方位与漏磁和漏感有密切联系.在确保完结功用所需的气隙条件下,尽或许削减气隙尺度.因为,气隙尺度增大,不光添加漏磁和漏感,还削减等值磁导率,添加激磁功率,对高频电源变压器作业晦气.别的,气隙的方位最好处于线圈的中心部位,能够起到削减气隙漏磁通的效果.
窗口面积的巨细与线圈发热损耗和散热面积有关.窗口面积大,绕的电磁线截面大,电阻小,损耗小,发热小.一起,线圈外形尺度大,散热面积也大.“剖析”一文中提出窗口面积运用问题,不能采纳彻底必定和彻底否定的情绪.一般在留足工艺需求的窗口面积今后,期望尽或许把窗口面积绕满.假如不能充分运用窗口面积,将会构成磁芯尺度和变压器外形尺度不必要的增大,有或许要添加资料本钱.因而,在高频电源变压器磁芯结构规划中,对窗口面积的巨细,要归纳考虑各种要素后来决议.“剖析”一文中关于填满磁芯窗口首要是受工频磁性元件规划的影响的理由并不建立.工频变压器的铜损比铁损大,为了添加线圈散热面积,磁芯与线圈之间留有满意的气隙,有时原绕组和副绕组之间也留有气隙.而不是“着重铁芯和绕组的全体性,因而不期望铁芯与绕组中心有气隙”.也不是“规划成绕组填满整个窗口,然后确保其机械安稳性”.线圈和磁芯已然不是一个全体,有必要别离用夹件固紧,才干确保各自的机械安稳性.一起,为了确保满意的绝缘间隔,线圈两头和绕组之间都有必要留有气隙,不或许用绕组填满整个窗口.
为了避免高频电源变压器从里向外和从外向里的电磁搅扰,有些磁芯结构在窗口外面有关闭和半关闭的外壳.关闭外壳屏蔽电磁搅扰效果好,但散热和接线不便利,有必要留有接线孔和出气孔.半关闭外壳,关闭的当地起屏蔽电磁搅扰效果,不关闭的当地用于接线和散热.窗口彻底敞开,接线和散热便利,屏蔽电磁搅扰效果差.
4.3 磁芯参数
高频电源变压器磁芯参数规划中,要特别留意作业磁通密度不仅仅受磁化曲线约束,还要受损耗的约束,一起还与功率传送的作业方法有关.
对变压器功率传送方法的磁通单方向改动作业方法,ΔB=Bm-Br,既受饱满磁通密度约束,又更首要地是受损耗约束.可是单方向改动的高频电源变压器作业时,沿部分磁滞回线来回改动,磁芯损耗比双方向改动沿大的磁滞回线来回改动小,只需它的30%~40%.而资料测验时是按正弦波双向激磁条件下改动的ΔB为2Bm进行的.因而,Bm能够取资料测验损耗值时,选取的B值高一倍以上.Br受资料磁滞回线上的Br约束,能够用开气隙的方法来下降Br,以增大磁通密度改动值ΔB.尽管开气隙后,激磁电流有所添加,但增大ΔB后能够削减磁芯体积,仍是值得的.对变压器功率传送方法磁通双方向改动作业方法,ΔB=2Bm,作业的磁滞回线围住的面积比部分回线大得多,损耗也大得多,Bm首要受损耗约束,在双方向改动作业方法中,还要留意因为各种原因构成激磁的正负改动的伏秒面积不持平,而呈现直流偏磁问题.能够在磁芯磁路中加一个小气隙,或许在电路规划时加隔直流电容,或许选用电流型操控来处理.
对电感器功率传送方法,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.能够在确认磁芯结构后,直接测验它.“规划要害”一文中的高频电源变压器选用电感器功率传送方法.不知道为什么不提选用的磁导率,而提BAC或许Bm?也不提BAC或Bm与损耗的联系?
4.4 线圈参数
高频电源变压器规划的线圈参数包含:匝数,导线截面(直径),导线方法,绕组摆放和绝缘组织.
原绕组匝数依据外加激磁电压或许原绕组激磁电感(贮存能量)来决议,匝数不能过多,也不能过少.假如匝数过多,会添加漏感和绕线工时;假如匝数过少,在外加激磁电压比较高时,有或许使匝间电压降和层间电压降增大,而有必要加强绝缘.
副绕组匝数由输出电压决议.高频电源变压器首要用于高频开关电源.开关电源能够对输出电压进行调整,调整上限受答应的开关占空比约束.在从要求的负载电压核算变压器输出电压时,应考虑开关占空比,串联二极管压降和变压器的内阻抗压降.
导线截面(直径)决议于绕组的电流密度.绕组损耗(铜损)占总损耗份额比较大时,引荐电流密度取2~4A/mm2,铜损占总损耗份额比较小时,引荐电流密度取8~12A/mm2,可是,要经过变压器温升校核后进行必要的调整.还要留意的是导线截面(直径)的巨细还与漏感有关.在相同匝数下,导线截面直径添加,内层摆放的匝数削减,层数添加.而漏磁场散布接近磁芯的内层大,外层小,与磁芯间隔平方成反份额地衰减.这样,漏磁通大的内层交链的匝数削减然后使漏感下降.
“规划要害”一文中提出的绕组摆放方法,是一般用的绕组摆放方法:原绕组接近磁芯,副绕组和反应绕组逐步向外摆放.这种绕组摆放方法并不抱负.下面引荐两种绕组摆放方法:
1)假如原绕组电压高(例如220V),副绕组电压低,能够选用副绕组接近磁芯,接着绕反应绕组,原绕组在最外层的绕组摆放方法,这样有利于原绕组对磁芯的绝缘组织;
2)假如要添加原和副绕组之间耦合,能够选用一半原绕组接近磁芯,接着绕反应绕组和副绕组,最外层再绕一半原绕组的绕组摆放方法,这样有利于削减漏感.
绝缘组织首要要留意运用的电磁线和绝缘件的绝缘资料等级,要与磁芯和绕组答应的作业温度相匹配.等级低,满意不了耐热要求,等级过高,会添加不必要的资料本钱.其次,对在圆柱形磁路上绕线的线圈,最好选用线圈骨架,既能够确保绝缘,又能够简化绕线工艺.还有,线圈最外层和最里层,高压和低压绕组之间都要加强绝缘.假如一般绝缘只垫一层绝缘薄膜,加强绝缘应垫2~3层绝缘薄膜.
4.5 拼装结构
高频电源变压器拼装结构分为卧式和立式两种.假如选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯,都选用卧式拼装结构,上下外表比较大,有利于散热
或许附加散热器,高度低,有利于安装在印刷电路板上.拼装结构中选用的夹件和接线端子等尽量选用规范件,以便于外协加工,下降本钱.
4.6 温升校核
温升校核能够经过核算和样品测验来进行.一般经过样品实验进行温升核算的比较多一些.假如样品实验温升不超越答应温升,能够经过.可是实验温升低于答应温升15℃以上,要对绕组的电流密度和导线截面进行调整,恰当添加电流密度和削减导线截面.假如样品实验温升超越答应温升,则要对绕组的电流密度和导线截面进行调整,恰当削减电流密度和添加导线截面.假如添加导线截面,窗口绕不下,要添加磁芯尺度.假如样品实验磁芯温升超越答应温升,则要添加磁芯的散热面积,加大磁芯.
