大功率高频变压器的设计2_Carsonlei的空间_百度空间

设计高频变压器是电源设计过程中的难点,下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例,介绍一种电源高频变压器的设计方法。

设计目标:电源输入交流电压在180V~260V之间,频率为50Hz,输出电压为直流5V14A,功率为70W,电源工作频率为30KHz
设计步骤:
1
、计算高频变压器初级峰值电流Ipp
2
、求最小工作周期系数Dmin
3
、计算高频变压器的初级电感值Lp
4
、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。
5
、计算空气间隙长度Lg
6
、计算变压器初级线圈Np
7
、计算变压器次级线圈Ns
高频变压器:整流、变压
在传统的高频变压器设计中,由于磁心材料的限制,其工作频率较低,一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展,电源系统的小型化,高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此,研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积,提高电源输出功率比的关键因素。

作为开关电源最主要的组成部分,高频变压器相对诖 车墓て当溲蛊饔幸韵掠诺悖豪 跆宀牧现瞥傻母咂当溲蛊骶哂凶 矢摺傻奶氐悖欢 车墓て当溲蛊鞴ぷ髟?0Hz下,输出相同功率时需要较大的截面积而导致变压器体积庞大,不利于电源的小型化设计,而且电源转换效率也低于开关电源。

电脑使用的开关电源一般采用半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波,然后通过高频变压器进行降压,输出低电压的交流电。在这个电路中,开关管的{zd0}电流对电源输出功率的大小有一定的限制(通常应用于300W电源的MOS管体积较大,有的电源甚至使用了耐流达到10A的开关管),而高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少,由于工作在很高的频率下,对元件质量的要求和线路的搭配有很高的要求。

抑制高频变压器的音频噪声
高频变压器EEEI型磁芯之间的吸引力,能使两个磁芯发生位移;绕组电流相互间的引力或斥力,也能使线圈产生偏移。此外,受机械振动时能导致周期性的形变。上述因素均会使高频变压器在工作时发出音频噪声。10W以下单片开关电源的音频噪声频率,约为10kHz20kHz

为防止磁芯之间产生相对位移,通常以环氧树脂作胶合剂,将两个磁芯的3个接触面(含中心柱)进行粘接。但这种刚性连接方式的效果并不理想。因为这无法将音频噪声减至{zd1},况且胶合剂过多,磁芯在受机械应力时还容易折断。国外最近采用一种特殊的玻璃珠glassbeads)胶合剂,来粘合EEEI等类型的铁氧体磁芯,效果甚佳。这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照19的比例配制而成的混合物,它在100以上的温度环境中放置1h即可固化。其作用与滚珠轴承有某种相似之处,固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位,而总体位置不变,这就对形变起到了抑制作用。用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部。采用这种工艺可将音频噪声降低5dB。高频变压器的屏蔽

为防止高频变压器的泄漏磁场对相邻电路造成干扰,可把一铜片环绕在变压器外部,该屏蔽带相当于短路环,能对泄漏磁场起到抑制作用,屏蔽带应与地接通。

基本知识
将两个线圈*近放在一起,当一个线圈线中的电流变化时,穿过另一线圈的磁通会发生相应的变化,从而使该线圈中出现感应电势,这就是互感现象。变压器就是根据互感原理制成的。

按工作频率分,有高频变压器、中频变压器、低频变压器、脉冲变压器。如收音机的磁性天线,它是高频;在收音机的中频放大级,用的是中频的,俗称中周;低频的种类较多,有电源变压器、输入变压器等;电视机的行输出变压器,也称高压包,它是一种脉冲变压器。

变压比、额定功率、温升、效率、空载电流、绝缘电阻均为其主要技术参数。
在电路中电压变换、电流变换、传递功率、阻抗匹配、或阻抗变换等用途。
电子变压器在电源技术中的作用
作用
电子变压器和半导体开关器件,半导体整流器件,电容器一起,称为电源装置中的4大主要元器件。它在电源装置中的作用:
起电压和功率变换作用;
起传递宽带、声频、中周功率和信号作用;
起传递脉冲、驱动和触发信号作用;
起原边和副边绝缘隔离作用;
起单相变三相或三相变单相作用,起改变输出相位作用;
起改变输出频率作用;
起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用;
起稳定输出电压或电流作用,起调节输出电压作用;
起交流和直流滤波作用;
起抑制电磁干扰作用,起抑制噪声作用;
起吸收浪涌电流作用,减缓电流变化速率;
起储能作用,起帮助半导体开关换向作用;
起开关作用;
起调节电感作用;
起变换电压、电流或脉冲检测信号。

从以上的列举可以看出,不论是直流电源,交流电源,还是特种电源,都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时,往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时,在电子电源中使用的软磁电磁元件中,各种变压器占主要地位,因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表,称它们为电子变压器

绕制变压器的材料
要绕制一个变压器我们必须对有关的材料要有一定的认识,下面为你提供了这方面的知识。

1
、铁心材料:
使用的铁心材料主要有铁片、低硅片,高硅片,的钢片中加入硅能降低钢片的导电性,增加电阻率,它可减少涡流,使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片,变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系,硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示,一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000,高硅片为12000-16000
2
、通常用的材料有
漆包线,沙包线,丝包线,最常用的漆包线。对于导线的要求,是导电性能好,绝缘漆层有足够耐热性能,并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下{zh0}用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
3
、绝缘材料
在绕制过程中,线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离,均要使用绝缘材料,一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作,层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离,绕阻间可用黄腊布作隔离。
4
、浸渍材料:
绕制好后,还要过{zh1}一道工序,就是浸渍绝缘漆,它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命,一般情况下,可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

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,因此其设计原则和其他商品一样,是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比{zh0}。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、小,成为它的发展方向,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。如果能认真考虑一下它的设计原则,追求更好的性能价格比,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,市场的价值规律是无情的!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{zh1}被成本否决。一些节能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,对它的铁损铜损比例、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,对窗口填充程度,绕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?作者曾在20世纪80年代中开发高频磁放大器式开关电源,以温升{zd1}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,结果与试制样品相差甚远,不得不再次修正。现在有些公司的磁芯产品说明书中,为了缩短用户设计的时间,有的列出简化的设计公式,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xx符合市场规律的行为,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?有没有普遍性?包括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:它是一种产品(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求性能价格比{zh0}。检验设计的{wy}标准是设计出的产品能否经受住市场的考验。



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