高频电源变压器设计原则要求和程序

摘要:从高频电源变压器作为一种产品(即商品)出发,说明了它的设计原则和要求,并介绍了它的设计程序.
关键词:高频电源变压器;设计原则;设计要求;设计程序
1前言
电源变压器的功能是功率传送,电压变换和绝缘隔离,作为一种主要的软磁电磁元件,在电源技术中和电力电子
广泛的应用.根据传送功率的大小,电源变压器可以分为几档:10kva以上为大功率,10kva～0.5kva为中功率,0.5k
小功率,25va以下为微功率.传送功率不同,电源变压器的设计也不一样,应当是不言而喻的.有人根据它的主要功
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使用.究竟是叫"电源变压
叫"功率变压器"好呢 有待于科技术语方面的权威机构来选择决定.
同一个英文名称"power
transformer",还可译成"电力变压器".电力变压器主要用于电力输配系统中起功率传送,电压变换和绝缘隔
原边电压为6kv以上的高压,功率最小5kva,最大超过上万kva.电力变压器和电源变压器,虽然工作原理都是基于电
理,但是电力变压器既强调功率传送大,又强调绝缘隔离电压高,无论在磁芯线圈,还是绝缘结构的设计上,都与功
绝缘隔离电压低的电源变压器有显著的差别,更不能将电力变压器设计的优化设计条件生搬硬套地应用到电源变压器
变压器和电源变压器的设计方法不一样,也应当是不言而喻的.
高频电源变压器是工作频率超过中频(10khz)的电源变压器,主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器,
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.按工作频率高低,可分为几个档次:10khz～50khz,50kh
100khz,100khz～500khz,500khz～1mhz,1mhz以上.传送功率比较大的,工作频率比较低;传送功率比较小的,工
高.这样,既有工作频率的差别,又有传送功率的差别,工作频率不同档次的电源变压器设计方法不一样,也应当是
的.
如上所述,作者对高频电源变压器的设计原则,要求和程序不存在错误概念,而是在2003年7月初,阅读《电源技
2003年第6期特别推荐的2篇高频磁性元件设计文章后,产生了疑虑,感到有些问题值得进一步商讨,因此才动笔写本
《电源技术应用》主编寄语所说的那样:"具体地分析具体的情况",写的目的,是尝试把最难详细说明和选择的磁
的高频电源变压器的设计问题弄清楚.如有说得不对的地方,敬请几位作者和广大读者指正.
2 高频电源变压器的设计原则
高频电源变压器作为一种产品,自然带有商品的属性,因此高频电源变压器的设计原则和其他商品一样,是在具

下完成具体的功能中追求性能价格比最好.有时可能偏重性能和效率,有时可能偏重价格和成本.现在,轻,薄,短
高频电源的发展方向,是强调降低成本.其中成为一大难点的高频电源变压器,更需要在这方面下功夫.所以在高频
的"设计要点"一文中,只谈性能,不谈成本,不能不说是一大缺憾,如果能认真考虑一下高频电源变压器的设计原
好的性能价格比,传送不到10va的单片开关电源高频变压器,应当设计出更轻,薄,短,小的方案来.不谈成本,市
律是无情的!许多性能好的产品,往往由于价格不能为市场接受而遭冷落和淘汰.往往一种新产品最后被成本否决.
不节钱"的产品为什么在市场上推广不开值得大家深思.
产品成本,不但包括材料成本,生产成本,还包括研发成本,设计成本.因此,为了节约时间,根据以往的经验
源变压器的铁损铜损比例,漏感与激磁电感比例,原边和副边绕组损耗比例,电流密度提供一些参考数据,对窗口填
组导线和结构推荐一些方案,有什么不好 为什么一定要按步就班地来回进行推算和仿真,才不是概念错误 作者曾
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设计.由于热阻难以确定,
样品相差甚远,不得不再次修正.现在有些公司的磁芯产品说明书中,为了缩短用户设计高频电源变压器的时间,有
的设计公式,有的用表列出磁芯在某种工作频率下的传送功率.这种既为用户着想,又推广公司产品的双赢行为,是
场规律的行为,绝不是什么需要辨析的错误概念.问题是提供的参考数据,推荐的方案是否是经验的总结 有没有普
"辨析"一文中提出的一些说法,都需要经过实践检验,才能站得住脚.
总之,千万记住:高频电源变压器是一种产品(即商品),设计原则是在具体的使用条件下完成具体的功能中追
比最好.检验设计的唯一标准是设计出的产品能否经受住市场的考验.
3 高频电源变压器的设计要求
以设计原则为出发点,可以对高频电源变压器提出4项设计要求:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本.
3.1 使用条件
使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性.以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电
可靠性是指在具体的使用条件下,高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止.一般使用条件对高频电源变压器
是环境温度.有些软磁材料,居里点比较低,对温度敏感.例如:锰锌软磁铁氧体,居里点只有215℃,其磁通密度,
损耗都随温度发生变化,故除正常温度25℃外,还要给出60℃,80℃,100℃时的各种参考数据.因此,将锰锌软磁铁
的工作温度限制在100℃以下,也就是环境温度为40℃时,温升只允许低于60℃,相当于a级绝缘材料温度.与锰锌软
芯相配套的电磁线和绝缘件,一般都采用e级和b级绝缘材料,采用h级绝缘的三重绝缘电磁线和聚酰胺薄膜,是不是大
成本增加多少 是不是因为h级绝缘的高频电源变压器优化的设计方案,可以使体积减少1/2～1/3的缘故 如果是,请
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干式变压器相比,体积减小15%
经相当可观了.本来体积就比较小的高频100khz10va高频电源变压器,如次级绕组采用三重绝缘线,能把体积减小1/
一定是很宝贵的经验.请有关作者详细介绍优化设计方案,以便广大读者学习.
电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰.电磁干扰包括可闻的音
可闻的高频噪声.高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩.磁致伸缩大的软磁材料,产生的
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
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大.高频电源变压器产生电磁干扰的主要原
之间的吸力和绕组导线之