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1、科技信息○机械与电子○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2007年第29期开关电源中的高频变压器设计黎健荣(清远华南职业培训学院广东清远511520)【摘要】本文从理论结合实际工程经验的角度,阐述了开关电源中高频变压器的设计要点,并举出实例,介绍了开关电源中高频变压器的设计方法,为广大技术人员提供重要参考。【关键词】开关电源;高频变压器;损耗1.引言开关电源作为一种新型稳压电源,已广泛应用于计算机、程控交换机、通讯、电子控制、检测等设备中。高频变压器作为开关电源的核心部件,肩负着功率传送、电压
2、变换、绝缘隔离三大功能,开关电源的所有动作和特性几乎都取决于高频变压器的设计,特别是RCC方式,甚至连振荡频率都是由高频变压器决定的。因此,如何正确认识高频变压器的设计要点,掌握其设计方法,对设计一款优秀的开关电源至关重要。2.高频变压器的设计要点2.1损耗图1变压器的绕组构造变压器的损耗包括铁损和铜损。铁损是由高频电流的集肤效应以及磁芯的磁滞损耗引起的,铜损是由线圈的纯电阻和电流有效值造成的发热引起的。对于磁滞损耗,由于磁通密度的变化量ΔB与频率成正比,因此磁滞损耗随着频率增大而增大;对于集肤效应,因交流电流仅集中
3、于导线的表面流动从而造成导线的有效电阻上升,根据相关资料,导线直径越细,集肤效应的影响越小。因此,为了降低铁损,应采用磁滞损耗小的磁芯;为减小集肤效应,同时又满足大电流工作的需要,可用更细的导线多股并绕,而不用一根粗导线绕制。图2变压器的蜂窝夹层构造对于铜损,因为铜损P=i2×R,所以,采用大直径绕线可以减小铜ccc致伸缩系数λS为21×10-6,是取向硅钢的7倍以上,是高磁导坡莫合损。2.2漏电感金和非晶合金的20倍以上,是微晶纳米晶合金的10倍以上。因此锰在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感大,将引起锌
4、软磁铁氧体磁芯产生的电磁干扰大。另外,高频电源变压器产生电很高的浪涌电压,漏极钳位电路的损耗就愈大,这必然导致电源效率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。降低。对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器,其漏感量应为抑制辐射噪声的有效方法是屏蔽,对于高频变压器内部而言的屏次级开路时初级电感量的1%～3%。为减小漏感,可采取以下措施:蔽,可在一次侧和二次侧间加屏蔽层,简单的办法,用漆包线均匀绕满(1)减小初级绕组匝数及各绕组之间的绝缘层数,并增加高、宽比骨架一层,绕组的一端接高压+V端,另一端浮空。对
5、于高频变压器外为了减小初级绕组匝数并增加高、宽比,所选磁芯尺寸应足够大,部而言的屏蔽,可把一铜片环绕在变压器外部,构成屏蔽带,该屏蔽带使初级绕组能绕成2层甚至不到2层,这样可将初级漏感与分布电容相当于短路环,能对泄漏磁场起到抑制作用,屏蔽带应与地接通。减至最小。建议采用瘦高型磁芯,这种磁芯具有较大的高、宽比,它对3.高频变压器的设计实例应于EE、ETD、EI、EC型磁芯。对于绕线,可选用三重绝缘线,这种导实例要求:设计制作一个变压器,设ui=110V,uo=12V,Po=30W,f=线有三个绝缘层,中间是芯线,可承受
6、数千伏的脉冲高压,不需加阻挡200kHz,LL/L初<1/1000,n>80%。层,也不用在级间绕绝缘胶带层,且电流密度大。因此,可用普通高强根据实例要求,可按单端反激式开关电源变压器设计方法进行设度漆包线绕制初级和反馈级,而用三重绝缘线绕制次级。这样可使漏计,具体步骤如下:感量大为减小,高频变压器的体积能减小1/2～1/3。(1)磁芯选择。(2)增大绕组的宽度变压器功率与磁芯材料和结构尺寸有关,根据变压器的设计功率可选EE型磁芯,以增加骨架宽度。和电磁感应定律,由公式AP=Ae·Ac=Pj/2f·ΔB·η·j·Kc
7、计算出结构参数,(3)提高绕组间的耦合度式中,Ae为磁芯芯柱有效截面积(m2);Ac为磁芯窗口面积(m2);Pj为要提高耦合度,绕组的构造必须注意两点。首先是“各个绕组应该变压器的计算功率(VA),单端反激式开关电源变压器的Pj=2Po(Po为整幅绕制”。如果绕组匝数很少,占用卷幅的一半即可绕制完毕,那么输出功率);f为开关电源频率(Hz);ΔB为磁芯的磁通密度;η为变压器效率,一般取0.6～0.8;j为电流密度,一般取(2.5～3)×106A/m2;K为可以采用图1所示的间隔绕制方法,或者采用线径较小的导线,以及c
8、2~3根导线并列绕制都很有效。其次是图2所示的蜂窝夹层构造,即窗口利用系数,一般取0.2～0.3。多层分割方法。绕制顺序为最先绕制初级绕组NP,然后是次级绕组对Mn-Zn铁氧体,增量磁感应强度一般取0.25T;电流密度j取(2.5～3)×106A/m2,为经验常数。因此,根据公式,结合经验值和已知参NS,最后是基极线圈NB。初级绕组被分为NP′
