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高频变压器设计原则要求和程序

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1QIANYAN

同一个英文名称“Power
高频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,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。按工作频率高低,可分为几个档次:10kHz~50kHz、50kHz~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,工作频率比较高。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,也应当是不言而喻的。

如上所述,作者对高频变压器的设计原则、要求和程序不存在错误概念,而是在2003年7月初,阅读《电源技术应用》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,因此才动笔写本文。正如《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性元件之一的高频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。
以设计原则为出发点,可以对高频变压器提出4项设计要求:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本。

3.1SHIYONGTIAOJIAN


电磁兼容性是指高频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频噪声和不可闻的高频噪声。高频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,产生的电磁干扰大。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20倍以上,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。高频变压器产生电磁干扰的主要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。因此,工作频率为100kHz左右的高频变压器,没有特殊原因是不会产生20kHz以下音频噪声的。既然提出10W以下单片开关电源的音频噪声频率,约为10kHz~20kHz,一定有其原因。由于没有画出噪声频谱图,具体原因说不清楚,但是由高频电源变压器本身产生的可能性不大,没有必要采用玻璃珠胶合剂粘合磁芯。至于采用这种粘合工艺可将音频噪声降低5dB,请给出实例与数据以及对噪声原因的详细说明,才会令人可信。

PINGBISHIFANGZHIDIANCIGANRAO,ZENGJIAGAOPINBIANYAQIDIANCIJIANRONGXINGDEHAOBANFA。DANSHIWEILEZUZHIGAOPINBIANYAQIDEDIANCIGANRAOCHUANBO,ZAISHEJICIXINJIEGOUHESHEJIRAOZUJIEGOUYEYINGDANGCAIQUXIANGYINGDECUOSHI,ZHIKAOJIAWAIPINGBIDAIBINGBUYIDINGSHIZUIJIAFANGAN,YINWEITAZHINENGZUZHIFUSHEGANRAO,BUNENGZUZHICHUANDAOGANRAO。

3.2WANCHENGGONGNENG

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电压变换通过原边和副边绕组匝数比来完成。不管功率传送是哪一种方式,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比,只要不改变匝数比,就不影响电压变换。但是,绕组匝数与高频电源变压器的漏感有关。漏感大小与原绕组匝数的平方成正比。有趣的是,漏感能不能规定一个数值?《电源技术应用》2003年第6期同时刊登的两篇文章有着不同的说法。“设计要点”一文中说:“对于一符合绝缘及安全标准的高频变压器,其漏感量应为次级开路时初级电感量的1%~3%”。“辨析”一文中说:“在很多技术单上,标注着漏感=1%的磁化电感或漏感.