電源高頻變壓器的設(shè)計要求：以設(shè)計原則為出發(fā)點，可以對電源高頻變壓器提出4項設(shè)計要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。

一、使用條件

使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。

可靠性是指在具體的使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。有些軟磁材料，居里點比較低，對溫度敏感。例如：錳鋅軟磁鐵氧體，居里點只有215℃，其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度25℃外，還要給出60℃，80℃，100℃時的各種參考數(shù)據(jù)。

因此，將錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的工作溫度限制在100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時，溫升只允許低于60℃，相當(dāng)于A級絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件，一般都采用E級和B級絕緣材料，采用H級絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜，成本增加，是不是因為H級絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計方案，可以使體積減少1/2～1/3的緣故？本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器，如次級繞組采用三重絕緣線，能把體積減小1/2～1/3。

電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括音頻噪聲和高頻噪聲。高頻電源高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因還有磁芯之間的吸力和繞組導(dǎo)線之間的斥力。這些力的變化頻率與高頻電源變壓器的工作頻率一致。因此，工作頻率為100kHz左右的高頻電源變壓器，沒有特殊原因是不會產(chǎn)生20kHz以下音頻噪聲的。10W以下單片開關(guān)電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz～20kHz，一定有其原因。由高頻電源變壓器本身產(chǎn)生的可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。

屏蔽是防止電磁干擾，增加電源高頻變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源變壓器的電磁干擾傳播，在設(shè)計磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，只加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，因為它只能阻止輻射干擾，不能阻止傳導(dǎo)干擾。

二、完成功能

高頻電源變壓器完成功能有3個：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。

第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值ΔB=Bm-Br。為了提高ΔB，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+Bm變化到-Bm，或者從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值ΔB=2Bm，為了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。

第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋恚缓笸ㄟ^去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲能，而儲能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲能多，而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計的一個主要內(nèi)容。電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變匝數(shù)比，就不影響電壓變換。

但是，繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。“對于一符合絕緣及安全標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)為次級開路時初級電感量的1%～3%：“在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著漏感=1%的磁化電感或漏感《2%的磁化電感等類似的技術(shù)要求。電源設(shè)計者應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路正常工作要求，對所能接受的漏感值作一個數(shù)值限制。在制作變壓器的過程中，應(yīng)在不使變壓器的其他參數(shù)（如匝間電容等）變差的情況下盡可能減小漏感值。就是盡可能減小漏感值。

因為漏感值大，儲存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會產(chǎn)生尖峰電壓，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，對絕緣不利，也產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限。總之，在電源高頻變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強度問題。

三、提高效率

提高效率是對電源和電子設(shè)備的普遍要求。提高高頻電源變壓器效率，可以節(jié)約電力。又具有環(huán)境保護的雙重社會經(jīng)濟效益。因此，提高效率是高頻電源變壓器一個主要的設(shè)計要求，一般效率要提高到95%以上，損耗要減少到5%以下。高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關(guān)心變壓器的鐵損和銅損的比例。這個比例是隨變壓器的工作頻率發(fā)生變化的。如果變壓器的外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數(shù)越多，銅損越大。

因此在50Hz工頻下，銅損遠遠超過鐵損。例如：50Hz，100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，銅損為鐵損的5倍左右。50Hz，100kVASH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損的20倍左右。隨著工作頻率升高，繞組匝數(shù)減少，雖然由于趨表效應(yīng)和鄰近效應(yīng)存在而使繞組損耗增加，但是總的趨勢是銅損隨著工作頻率升高而下降。而鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗，隨著工作頻率升高而迅速增大。

在某一段工作頻率，有可能出現(xiàn)銅損和鐵損相等的情況，超過這一段工作頻率，鐵損就大于銅損。造成鐵損不等于銅損的原因。導(dǎo)線粗細(xì)的選擇，雖然受趨表效應(yīng)影響，但主要由高頻電源變壓器的傳送功率來決定，與工作頻率不存在直接關(guān)系。而且，選用非常細(xì)的漆包線作為繞組，反而會增加銅損，延緩銅損的下降趨勢。說不定在設(shè)計選定的工作頻率下，還有可能出現(xiàn)銅損等于鐵損的情況。中小功率高頻電源變壓器的工作頻率在100kHz左右，鐵損已經(jīng)大于銅損，而成為高頻電源變壓器損耗的主要部分。

正因為鐵損是高頻電源變壓器損耗的主要部分，因此根據(jù)鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設(shè)計的一個主要內(nèi)容。鐵損也成為評價軟磁芯材料的一個主要參數(shù)。鐵損與磁芯的工作磁通密度工作頻率有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須說明在什么工作磁通密度下和在什么工作頻率下?lián)p耗。用符號表示時，也必須標(biāo)明PB/f〔式中工作磁通密度B的單位是T（特斯拉），工作頻率f的單位是Hz（赫芝）〕。

例如，P0.5/400表示工作磁通密度為0.5T，工作頻率為400Hz時的損耗。又例如，P0.1/100k表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為100kHz時的損耗。鐵損還與工作溫度有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須指明它的工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對溫度變化比較敏感，在產(chǎn)品說明書中都要列出25℃至100℃的鐵損。軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是鐵損限制了工作磁通密度的上限。

所以，在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標(biāo)準(zhǔn)中，把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積B×f，作為材料的性能因子，并說明在性能因子條件下允許的損耗值。新的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)性能因子把軟磁鐵氧體材料分為PW1，PW2，PW3，PW4，PW5等5類，性能因子越高的，工作頻率越高，極限頻率也越高。例如，PW3類軟磁鐵氧體材料，工作頻率為100kHz，極限頻率為300kHz，性能因子B×f為10000mT×kHz，即在100mT（0.1T）和100kHz下，100℃時損耗a級≤300kW/m（300mW/cm3），b級≤150kW/m3（150mW/cm3）。

在某一段工作頻率下，電源高頻變壓器的繞組損耗（銅損）與鐵損相接近時，例如，銅損/鐵損=100%～25%范圍內(nèi)，銅損也不能忽視，也應(yīng)當(dāng)考慮采取措施來減少銅損。由于原繞組和副繞組承擔(dān)的功率相近，往往在設(shè)計中取原繞組的銅損等于副繞組的銅損，以便簡化設(shè)計計算過程，不能只強調(diào)依溫升來設(shè)計高頻電源變壓器，由于熱阻不容易準(zhǔn)確確定，設(shè)計計算相當(dāng)麻煩。

因此，為了簡化計算，有時根據(jù)經(jīng)驗預(yù)先推薦一些原則和數(shù)據(jù)是必要的。同樣，為了簡化計算，對不同工作頻率，不同功率的高頻電源變壓器推薦不同的繞組電流密度，也是必要的，但不限于某一個電流密度值，例如，2A/mm2～3A/mm2。應(yīng)當(dāng)看到：實現(xiàn)高頻電源變壓器設(shè)計要求的方法并不限于一種，應(yīng)當(dāng)進行多種多樣的探索。

四、降低成本

降低成本是高頻電源變壓器的一個主要設(shè)計要求，有時甚至是決定性的要求。高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品，和其他商品一樣，都面臨著市場競爭。競爭的內(nèi)容包括性能和成本兩個方面，缺一不可。不注意降低成本，往往會在競爭中被淘汰。高頻電源變壓器的成本包括材料成本，制造成本和管理成本。設(shè)計是高頻電源變壓器降低成本的主要手段。

高頻電源變壓器所用的材料和零部件的貴*和數(shù)量的多少？是否方便采購？是否要備有多少庫存量？磁芯，線圈和總體結(jié)構(gòu)的加工和裝配工藝復(fù)雜還是簡單？需要人工占的比例多大（實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化，可以減少人工工時，更能保證產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量）？是否需要工模具？質(zhì)量控制中需要檢測的工序和參數(shù)：哪些參數(shù)要在加工過程中檢測？哪些參數(shù)要在出廠試驗中檢測（出廠試驗的參數(shù)應(yīng)選擇能決定性能的關(guān)鍵參數(shù)，數(shù)量不要多，以便能即時判斷產(chǎn)品質(zhì)量。）？哪些參數(shù)要在型式試驗中檢測？要用什么檢測儀器和設(shè)備，價格如何？等等，都是由設(shè)計來決定的。

因此，高頻電源變壓器的設(shè)計者除了要了解高頻電源變壓器的理論和設(shè)計方法而外，還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能和價格，各種電磁線的性能和價格，各種絕緣材料的性能和價格;還要了解磁芯加工熱處理工藝，線圈繞制和絕緣處理工藝及變壓器組裝工藝;還要了解實現(xiàn)質(zhì)量控制的檢測參數(shù)和儀器設(shè)備;還要了解生產(chǎn)管理的基本知識以及高頻電源變壓器的市場動態(tài)等等。

只有知識全面的設(shè)計者，才能設(shè)計出性能好，成本低的高頻電源變壓器產(chǎn)品。降低成本是促進高頻電源變壓器技術(shù)發(fā)展的一種推動力。為什么輕、薄、短、小成為高頻電源變壓器的發(fā)展方向？原因之一是這樣既能降低材料成本，又能降低制造成本。

提高工作頻率，可以使高頻電源變壓器的重量和體積下降。但是，要克服高頻帶來的負(fù)面影響，必須采用新的軟磁材料和導(dǎo)電材料并增加抑制高頻電磁干擾的措施，因此，對具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟選用多高的工作頻率？要在綜合考慮性能和總體成本后決定。提高效率，降低損耗發(fā)生的熱量，可以減少高頻電源變壓器散熱的表面積，從而使體積和重量下降。但是，降低損耗必須采用新材料和新工藝。因此，對具體使用條件下的電源高頻變壓器究竟達到多高的效率？也要在綜合考慮性能和總體成本后決定。

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