如真能做到漏感為0,是否表示初次級(jí)繞組之間的耦合會(huì)達(dá)到最高境界?我很想知道如何使分布電容最大以致于可以使漏感為0的方法.具體到一個(gè)實(shí)際例子可以嗎?

斑竹,活題很感興趣,學(xué)電路的人硬頭皮也要研究變壓器,不知漏感如何測(cè)??請(qǐng)教!!我做脈沖變壓器,例如;12v/6v,初級(jí)單線n圈,次級(jí)對(duì)齊雙線1/2n圈,脈沖波形平整.否則,前沿有一個(gè)上沖山角.做大功率正激變壓器次級(jí)夾初級(jí),銅皮對(duì)齊,薄膜越薄效果越好,是漏感小的好處嗎!?

厲害!實(shí)驗(yàn)了幾千種變壓器!漏感為o當(dāng)然最好了,分布電容我從來(lái)都不管的,頂一下.

高人,舉例說(shuō)明.

高手,迫不及待等候!!!

語(yǔ)不驚人死不休...

介紹一個(gè)變壓器.
此變壓器重量22克,工作頻率70KHZ,功率500W,半小時(shí)溫升50度(自冷).輸入12V(雙繞組),輸出220V,雙組串聯(lián)漏感0.2微亨(考濾到開(kāi)關(guān)管有一定結(jié)電容,所以此變壓器分布電容有點(diǎn)相對(duì)較大).

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/35/1132035788.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

看來(lái)這位老兄得到了<葵花寶典>,呵呵

文不對(duì)題啊!!!變壓器分布電容如何測(cè)!!漏感如何測(cè)!! **** 呵呵!!

老兄,真可以這樣嗎?
能否多透露點(diǎn)!!

漏感會(huì)有零嗎?

分布電容可不是那么簡(jiǎn)單的,能測(cè)的,兩個(gè)互相靠近的導(dǎo)體就是電容.變壓器簡(jiǎn)單的有匝間電容,層間電容,線圈與磁芯之間的電容等.一般叫分布電容,變壓器運(yùn)行時(shí),輸入的開(kāi)關(guān)管電容,輸出的二極管的結(jié)電容等,也對(duì)變壓器運(yùn)行有直接影響.
漏感的測(cè)量還好辦些,用個(gè)電感測(cè)試儀,直接接輸入,輸出短路,測(cè)得的值就是漏感值.

請(qǐng)問(wèn)這個(gè)變壓器是什么材料做的?

漏感大了.開(kāi)關(guān)的尖峰電壓就會(huì)大.
那分布電容大了呢
會(huì)怎么樣呢
謝謝
你的漏感真的能做到零嗎
我不太相信

我在繞小脈沖變壓器有一辦法,繞一層初級(jí)再一層次級(jí),再一層初級(jí)一層次級(jí),二層初級(jí)并用,二層次級(jí)并用,理論上分布電容大一點(diǎn),但耦合很好,示波器看波形特別方,這是不是帖子講的道理!?

這個(gè)變壓器是否和VICOR所用的是一類(lèi)?

樓上,什么叫VICOR?謝謝!

不會(huì)吧???!!!500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/35/1132063025.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

不可思意,一分大小,功率做到500W,是真的嗎?

體積有多大?一角大小,不可能吧,在70K頻率下,算算你的磁芯橫截面積吧.

??

機(jī)械工業(yè)出板社有一開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[英譯].對(duì)開(kāi)關(guān)變壓器設(shè)計(jì);繞制工藝有詳細(xì)說(shuō)法,感興趣可查閱(詳細(xì)書(shū)號(hào)沒(méi)記,網(wǎng)友補(bǔ)充吧)

老兄成精了!

高頻電源變壓器設(shè)計(jì)原則要求和程序
[出處/作者]:徐澤瑋 《國(guó)際電子變壓器》編輯部  
:2004-3-19 15:01:48
摘要:從高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品(即商品)出發(fā),說(shuō)明了它的設(shè)計(jì)原則和要求,并介紹了它的設(shè)計(jì)程序.

  關(guān)鍵詞:高頻電源變壓器;設(shè)計(jì)原則;設(shè)計(jì)要求;設(shè)計(jì)程序

1前言

  電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離,作為一種主要的軟磁電磁元件,在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用.根據(jù)傳送功率的大小,電源變壓器可以分為幾檔:10kVA以上為大功率,10kVA~0.5kVA為中功率,0.5kVA~25VA為小功率,25VA以下為微功率.傳送功率不同,電源變壓器的設(shè)計(jì)也不一樣,應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送,把英文名稱(chēng)“Power Transformers”譯成“功率變壓器”,在許多文獻(xiàn)資料中仍然在使用.究竟是叫“電源變壓器”,還是叫“功率變壓器”好呢?有待于科技術(shù)語(yǔ)方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來(lái)選擇決定.

  同一個(gè)英文名稱(chēng)“Power

  Transformer”,還可譯成“電力變壓器”.電力變壓器主要用于電力輸配系統(tǒng)中起功率傳送、電壓變換和絕緣隔離作用,原邊電壓為6kV以上的高壓,功率最小5kVA,最大超過(guò)上萬(wàn)kVA.電力變壓器和電源變壓器,雖然工作原理都是基于電磁感應(yīng)原理,但是電力變壓器既強(qiáng)調(diào)功率傳送大,又強(qiáng)調(diào)絕緣隔離電壓高,無(wú)論在磁芯線圈,還是絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,都與功率傳送小、絕緣隔離電壓低的電源變壓器有顯著的差別,更不能將電力變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件生搬硬套地應(yīng)用到電源變壓器中去.電力變壓器和電源變壓器的設(shè)計(jì)方法不一樣,也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.

  高頻電源變壓器是工作頻率超過(guò)中頻(10kHz)的電源變壓器,主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源中作高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器,也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源變壓器的.按工作頻率高低,可分為幾個(gè)檔次:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上.傳送功率比較大的,工作頻率比較低;傳送功率比較小的,工作頻率比較高.這樣,既有工作頻率的差別,又有傳送功率的差別,工作頻率不同檔次的電源變壓器設(shè)計(jì)方法不一樣,也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.

  如上所述,作者對(duì)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序不存在錯(cuò)誤概念,而是在2003年7月初,閱讀《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期特別推薦的2篇高頻磁性元件設(shè)計(jì)文章后,產(chǎn)生了疑慮,感到有些問(wèn)題值得進(jìn)一步商討,因此才動(dòng)筆寫(xiě)本文.正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語(yǔ)所說(shuō)的那樣:“具體地分析具體的情況”,寫(xiě)的目的,是嘗試把最難詳細(xì)說(shuō)明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問(wèn)題弄清楚.如有說(shuō)得不對(duì)的地方,敬請(qǐng)幾位作者和廣大讀者指正.

2 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則

  高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品,自然帶有商品的屬性,因此高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣,是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好.有時(shí)可能偏重性能和效率,有時(shí)可能偏重價(jià)格和成本.現(xiàn)在,輕、薄、短、小,成為高頻電源的發(fā)展方向,是強(qiáng)調(diào)降低成本.其中成為一大難點(diǎn)的高頻電源變壓器,更需要在這方面下功夫.所以在高頻電源變壓器的“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中,只談性能,不談成本,不能不說(shuō)是一大缺憾,如果能認(rèn)真考慮一下高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則,追求更好的性能價(jià)格比,傳送不到10VA的單片開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器,應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出更輕、薄、短、小的方案來(lái).不談成本,市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)律是無(wú)情的!許多性能好的產(chǎn)品,往往由于價(jià)格不能為市場(chǎng)接受而遭冷落和淘汰.往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決.一些“節(jié)能不節(jié)錢(qián)”的產(chǎn)品為什么在市場(chǎng)上推廣不開(kāi)值得大家深思.

  產(chǎn)品成本,不但包括材料成本,生產(chǎn)成本,還包括研發(fā)成本,設(shè)計(jì)成本.因此,為了節(jié)約時(shí)間,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),對(duì)高頻電源變壓器的鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例、原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數(shù)據(jù),對(duì)窗口填充程度,繞組導(dǎo)線和結(jié)構(gòu)推薦一些方案,有什么不好?為什么一定要按步就班地來(lái)回進(jìn)行推算和仿真,才不是概念錯(cuò)誤?作者曾在20世紀(jì)80年代中開(kāi)發(fā)高頻磁放大器式開(kāi)關(guān)電源,以溫升最低為條件,對(duì)高頻電源變壓器進(jìn)行過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì).由于熱阻難以確定,結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn),不得不再次修正.現(xiàn)在有些公司的磁芯產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中,為了縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源變壓器的時(shí)間,有的列出簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)公式,有的用表列出磁芯在某種工作頻率下的傳送功率.這種既為用戶著想,又推廣公司產(chǎn)品的雙贏行為,是完全符合市場(chǎng)規(guī)律的行為,絕不是什么需要辨析的錯(cuò)誤概念.問(wèn)題是提供的參考數(shù)據(jù),推薦的方案是否是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)?有沒(méi)有普遍性?包括“辨析”一文中提出的一些說(shuō)法,都需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),才能站得住腳.

  總之,千萬(wàn)記住:高頻電源變壓器是一種產(chǎn)品(即商品),設(shè)計(jì)原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好.檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能否經(jīng)受住市場(chǎng)的考驗(yàn).

3 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求

  以設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn),可以對(duì)高頻電源變壓器提出4項(xiàng)設(shè)計(jì)要求:使用條件,完成功能,提高效率,降低成本.

3.1 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.以前只注意可靠性,現(xiàn)在由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng),必須注意電磁兼容性.

  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(duì)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(diǎn)比較低,對(duì)溫度敏感.例如:錳鋅軟磁鐵氧體,居里點(diǎn)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(shí)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(shí),溫升只允許低于60℃,相當(dāng)于A級(jí)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(jí)和B級(jí)絕緣材料,采用H級(jí)絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜,是不是大材小用?成本增加多少?是不是因?yàn)镠級(jí)絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案,可以使體積減少1/2~1/3的緣故?如果是,請(qǐng)舉具體實(shí)例數(shù)據(jù).作者曾開(kāi)發(fā)H級(jí)絕緣工頻50Hz,10kVA干式變壓器,與B級(jí)絕緣工頻50Hz,10kVA干式變壓器相比,體積減小15%到20%,已經(jīng)相當(dāng)可觀了.本來(lái)體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器,如次級(jí)繞組采用三重絕緣線,能把體積減小1/2~1/3,那一定是很寶貴的經(jīng)驗(yàn).請(qǐng)有關(guān)作者詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以便廣大讀者學(xué)習(xí).

  電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界的電磁干擾,又能承受外界的電磁干擾.電磁干擾包括可聞的音頻噪聲和不可聞的高頻噪聲.高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮.磁致伸縮大的軟磁材料,產(chǎn)生的電磁干擾大.例如,錳鋅軟磁鐵氧體,磁致伸縮系數(shù)λS為21×10-6,是取向硅鋼的7倍以上,是高磁導(dǎo)坡莫合金和非晶合金的20倍以上,是微晶納米晶合金的10倍以上.因此錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產(chǎn)生的電磁干擾大.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(méi)有特殊原因是不會(huì)產(chǎn)生20kHz以下音頻噪聲的.既然提出10W以下單片開(kāi)關(guān)電源的音頻噪聲頻率,約為10kHz~20kHz,一定有其原因.由于沒(méi)有畫(huà)出噪聲頻譜圖,具體原因說(shuō)不清楚,但是由高頻電源變壓器本身產(chǎn)生的可能性不大,沒(méi)有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯.至于采用這種粘合工藝可將音頻噪聲降低5dB,請(qǐng)給出實(shí)例與數(shù)據(jù)以及對(duì)噪聲原因的詳細(xì)說(shuō)明,才會(huì)令人可信.

  屏蔽是防止電磁干擾,增加高頻電源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(jì)磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施,只靠加外屏蔽帶并不一定是最佳方案,因?yàn)樗荒茏柚馆椛涓蓴_,不能阻止傳導(dǎo)干擾.

3.2 完成功能

  高頻電源變壓器完成功能有3個(gè):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(guò)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?chǔ)存起來(lái),然后通過(guò)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(chǔ)能,而儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)中,磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容.在電源變壓器“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中,很遺憾缺少這一個(gè)主要內(nèi)容.只是在“交流損耗”一條中,提出BAC典型值為0.04~0.075T.顯然,文中的高頻電源變壓器是采用電感功率傳送方式,為什么不提磁導(dǎo)率,而提BAC弄不清楚.經(jīng)查閱,在《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1/2期,同一主要作者寫(xiě)的開(kāi)關(guān)電源“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中,列出了“磁芯的選擇”,也沒(méi)有提磁導(dǎo)率,只是提出最大磁通密度Bm為0.275T.由于沒(méi)有畫(huà)磁通密度變化波形,弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一致:為什么BAC和Bm相差6.8~3.7倍?更不清楚,選的是哪一種軟磁鐵氧體材料?為什么選這種型號(hào)?兩文中都沒(méi)有一點(diǎn)說(shuō)明,只好讓讀者自己去猜想了.

  電壓變換通過(guò)原邊和副邊繞組匝數(shù)比來(lái)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?cè)褦?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.有趣的是,漏感能不能規(guī)定一個(gè)數(shù)值?《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期同時(shí)刊登的兩篇文章有著不同的說(shuō)法.“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中說(shuō):“對(duì)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(jí)開(kāi)路時(shí)初級(jí)電感量的1%~3%”.“辨析”一文中說(shuō):“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(lèi)似的技術(shù)要求.其實(shí)這種寫(xiě)法或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很不專(zhuān)業(yè).電源設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路正常工作要求,對(duì)所能接受的漏感值作一個(gè)數(shù)值限制.在制作變壓器的過(guò)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,而非給出漏感與磁化電感的比例關(guān)系作為技術(shù)要求”.“否則這將表明你不理解漏感知識(shí)或并不真正關(guān)心實(shí)際的漏感值”.雖然兩篇文章說(shuō)法不一樣,但是有一點(diǎn)是共同的,就是盡可能減小漏感值.因?yàn)槁└兄荡?儲(chǔ)存的能量也大,在電源開(kāi)關(guān)過(guò)程中突然釋放,會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓,增加開(kāi)關(guān)器件承受的電壓峰值,對(duì)絕緣不利,也產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾.

  絕緣隔離通過(guò)原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)完成.為了保證繞組之間的絕緣,必須增加兩個(gè)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(huì)引起局部短路.這樣,匝數(shù)有下限,使漏感也有下限.總之,在高頻電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強(qiáng)度問(wèn)題.

3.3 提高效率

  提高效率是對(duì)電源和電子設(shè)備的普遍要求.雖然從單個(gè)高頻電源變壓器來(lái)看,損耗不大.例如,100VA高頻電源變壓器,效率為98%時(shí),損耗只有2W,并不多.但是成十萬(wàn)個(gè),成百萬(wàn)個(gè)高頻電源變壓器,總損耗可能達(dá)到上100kW,甚至上MW.還有,許多高頻電源變壓器一直長(zhǎng)期運(yùn)行,年總損耗相當(dāng)可觀,有可能達(dá)到上10GW·h.這樣,提高高頻電源變壓器效率,可以節(jié)約電力.節(jié)約電力后,可以少建發(fā)電站.少建發(fā)電站后,可以少消耗煤和石油,可以少排放CO2,SO2,NOx,廢氣,廢水,煙塵和灰渣,減少對(duì)環(huán)境的污染.既具有節(jié)約能源,又具有環(huán)境保護(hù)的雙重社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.因此,提高效率是高頻電源變壓器一個(gè)主要的設(shè)計(jì)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(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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.并不存在“辨析”一文中所說(shuō)那樣,工頻變壓器從熱穩(wěn)定熱均勻角度出發(fā),把銅損等于鐵損作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則.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(shì)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(guò)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,也并不象“辨析”一文中所說(shuō)那樣是由于“高頻變壓器采用非常細(xì)的漆包線作為繞組”.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(lái)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(huì)增加銅損,延緩銅損的下降趨勢(shì).說(shuō)不定在設(shè)計(jì)選定的工作頻率下,還有可能出現(xiàn)銅損等于鐵損的情況.根據(jù)有的資料介紹,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?yàn)殍F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(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容.鐵損也成為評(píng)價(jià)軟磁芯材料的一個(gè)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(shí),必須說(shuō)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(hào)表示時(shí),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(shí)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(shí)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(shí),必須指明它的工作溫度,特別是軟磁鐵氧體材料,對(duì)溫度變化比較敏感,在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)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(lèi)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(shuō)明在性能因子條件下允許的損耗值.新的分類(lèi)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(lèi),性能因子越高的,工作頻率越高,極限頻率也越高.例如,PW3類(lèi)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(shí)損耗a級(jí)≤300kW/m(300mW/cm3),b級(jí)≤150kW/m3(150mW/cm3).日本TDK公司生產(chǎn)的PC44型軟磁鐵氧體材料達(dá)到PW3a級(jí)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)不到PW3b級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

  “設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中提出高頻變壓器使用的鐵氧體磁芯在100kHz時(shí)的損耗應(yīng)低于50mW/cm3,沒(méi)指明是選哪一類(lèi)軟磁鐵氧體材料,也沒(méi)說(shuō)明損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度.讀者只好去猜:損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年6期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的BAC典型值0.04~0.075T?還是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1/2期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的Bm值0.237T?不管是0.075T,還是0.237T?要達(dá)到100kHz下鐵損低于50mW/cm3的鐵氧體材料是非常先進(jìn)的.請(qǐng)介紹一下是哪家公司哪種型號(hào)產(chǎn)品,以便讀者也去購(gòu)買(mǎi).

  在某一段工作頻率下,高頻電源變壓器的繞組損耗(銅損)與鐵損相接近時(shí),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(lái)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(jì)中取原繞組的銅損等于副繞組的銅損,以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程,這并不象“辨析”一文中所說(shuō)的那樣:“只是工頻變壓器設(shè)計(jì)的一種經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,”對(duì)一定工作頻率下高頻電源變壓器設(shè)計(jì)也適用.不能只強(qiáng)調(diào)依靠溫升來(lái)設(shè)計(jì)高頻電源變壓器,由于熱阻不容易準(zhǔn)確確定,設(shè)計(jì)計(jì)算相當(dāng)麻煩.因此,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,有時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先推薦一些原則和數(shù)據(jù)是必要的.同樣,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,對(duì)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(gè)電流密度值,例如,2A/mm2~3A/mm2.應(yīng)當(dāng)看到:實(shí)現(xiàn)高頻電源變壓器設(shè)計(jì)要求的方法并不限于一種,應(yīng)當(dāng)允許進(jìn)行多種多樣的探索.“你走你的陽(yáng)關(guān)道,我走我的獨(dú)木橋”.為什么一定要按你指定的道路走,才不是“錯(cuò)誤概念”呢?

3.4 降低成本

  降低成本是高頻電源變壓器的一個(gè)主要設(shè)計(jì)要求,有時(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng).競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)容包括性能和成本兩個(gè)方面,缺一不可.不注意降低成本,往往會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)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(jì)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賤和數(shù)量的多少?是否方便采購(gòu)?是否要備有多少庫(kù)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(jiǎn)單?需要人工占的比例多大(實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化,可以減少人工工時(shí),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(cè)的工序和參數(shù):哪些參數(shù)要在加工過(guò)程中檢測(cè)?哪些參數(shù)要在出廠試驗(yàn)中檢測(cè)(出廠試驗(yàn)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(shí)判斷產(chǎn)品質(zhì)量.)?哪些參數(shù)要在型式試驗(yàn)中檢測(cè)?要用什么檢測(cè)儀器和設(shè)備,價(jià)格如何?等等,都是由設(shè)計(jì)來(lái)決定的.因此,高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)者除了要了解高頻電源變壓器的理論和設(shè)計(jì)方法而外,還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能和價(jià)格,各種電磁線的性能和價(jià)格,各種絕緣材料的性能和價(jià)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(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的檢測(cè)參數(shù)和儀器設(shè)備;還要了解生產(chǎn)管理的基本知識(shí)以及高頻電源變壓器的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)等等.只有知識(shí)全面的設(shè)計(jì)者,才能設(shè)計(jì)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(jìn)高頻電源變壓器技術(shù)發(fā)展的一種推動(dòng)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(lái)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(duì)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(duì)具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟達(dá)到多高的效率?也要在綜合考慮性能和總體成本后決定. 4

  高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)程序

  高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)程序,包括磁芯材料,磁芯結(jié)構(gòu),磁芯參數(shù),線圈參數(shù),組裝結(jié)構(gòu)和溫升校核等內(nèi)容.下面分別進(jìn)行討論.

4.1 磁芯材料

  根據(jù)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求,選擇軟磁材料本來(lái)應(yīng)當(dāng)是設(shè)計(jì)程序的第一項(xiàng).但是,現(xiàn)在一般都認(rèn)為高頻電源變壓器應(yīng)當(dāng)選擇軟磁鐵氧體,是自然而然的事情.許多有關(guān)高頻電源變壓器的論文,專(zhuān)著和教材,只針對(duì)軟磁鐵氧體進(jìn)行討論,而對(duì)其他軟磁材料有時(shí)說(shuō)明一下,有時(shí)只字不提.而且究竟選擇哪一類(lèi)軟磁鐵氧體,也不加以說(shuō)明,好象大家都知道.《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期中的兩篇文章就是一例.

  和任何軟磁磁芯材料一樣,軟磁鐵氧體有自己的優(yōu)缺點(diǎn).軟磁鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)是電阻率高、交流渦流損耗小,價(jià)格便宜,易加工成各種形狀的磁芯.缺點(diǎn)是工作磁通密度低,磁導(dǎo)率不高,磁致伸縮大,對(duì)溫度變化比較敏感.因此,有些高頻電源變壓器并不適合選擇軟磁鐵氧體.例如,工作頻率比較低(50kHz以下),功率比較大的高頻電源變壓器,如果選擇軟磁鐵氧體,由于工作磁通密度低,用材料多,磁芯體積大,加工困難,易碎,成品率不高,顯不出價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì).又例如,工作頻率高(500kHz以上),功率比較小的高頻電源變壓器,磁芯重量和體積本來(lái)都小,如果選擇軟磁鐵氧體,必須用PW4、PW5類(lèi)材料,價(jià)格也不便宜,與其他軟磁材料相比,磁芯價(jià)格基本相當(dāng),有時(shí)反而由于體積大,而處于不利地位.即使在適合于軟磁鐵氧體的工作頻率范圍內(nèi),也要對(duì)選擇哪一類(lèi)軟磁鐵氧體更能全面滿足高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行認(rèn)真考慮,才可以使設(shè)計(jì)出來(lái)的高頻電源變壓器達(dá)到比較理想的性能價(jià)格比.

4.2 磁芯結(jié)構(gòu)

  高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中選擇磁芯結(jié)構(gòu)時(shí)考慮的因素有:降低漏磁和漏感,增加線圈散熱面積,有利于屏蔽,線圈繞線容易,裝配接線方便等.

  漏磁和漏感與磁芯結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系.如果磁芯不需要?dú)庀?則盡可能采用封閉的環(huán)形和方框型結(jié)構(gòu)磁芯,特別是工作頻率高的電源變壓器,因?yàn)?有一點(diǎn)漏感,就容易產(chǎn)生比較大的漏阻抗.封閉磁芯的磁通基本上集中在磁芯里面,漏磁小.同時(shí),不論外界干擾磁場(chǎng)從哪個(gè)方向侵入,都在磁芯中分為兩個(gè)方向通過(guò),產(chǎn)生的干擾互相抵消.但是,封閉磁芯繞線困難,且環(huán)形磁芯散熱要通過(guò)線圈,而且內(nèi)層引出線也要穿過(guò)線圈引出,故必須加強(qiáng)絕緣.不封閉磁芯繞線容易,磁芯散熱面大,可直接散熱,引出線也容易.建議裝線圈的磁路部分為圓柱形截面,減少平均匝長(zhǎng),降低損耗.矮胖圓柱形磁芯的漏磁和漏感比瘦高圓柱形磁芯大,一個(gè)原因是胖,圓柱形大,漏磁輻射面大;另一個(gè)原因是矮,上下兩磁軛距離近,容易形成漏磁通的路徑.不封閉磁芯中的氣隙大小和位置與漏磁和漏感有密切關(guān)系.在保證完成功能所需的氣隙條件下,盡可能減少氣隙尺寸.因?yàn)?氣隙尺寸增大,不但增加漏磁和漏感,還減少等值磁導(dǎo)率,增加激磁功率,對(duì)高頻電源變壓器工作不利.另外,氣隙的位置最好處于線圈的中間部位,可以起到減少氣隙漏磁通的作用.

  窗口面積的大小與線圈發(fā)熱損耗和散熱面積有關(guān).窗口面積大,繞的電磁線截面大,電阻小,損耗小,發(fā)熱小.同時(shí),線圈外形尺寸大,散熱面積也大.“辨析”一文中提出窗口面積利用問(wèn)題,不能采取完全肯定和完全否定的態(tài)度.一般在留足工藝需要的窗口面積以后,希望盡可能把窗口面積繞滿.如果不能充分利用窗口面積,將會(huì)造成磁芯尺寸和變壓器外形尺寸不必要的增大,有可能要增加材料成本.因此,在高頻電源變壓器磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)窗口面積的大小,要綜合考慮各種因素后來(lái)決定.“辨析”一文中關(guān)于填滿磁芯窗口主要是受工頻磁性元件設(shè)計(jì)的影響的理由并不成立.工頻變壓器的銅損比鐵損大,為了增加線圈散熱面積,磁芯與線圈之間留有足夠的氣隙,有時(shí)原繞組和副繞組之間也留有氣隙.而不是“強(qiáng)調(diào)鐵芯和繞組的整體性,因而不希望鐵芯與繞組中間有氣隙”.也不是“設(shè)計(jì)成繞組填滿整個(gè)窗口,從而保證其機(jī)械穩(wěn)定性”.線圈和磁芯既然不是一個(gè)整體,必須分別用夾件固緊,才能保證各自的機(jī)械穩(wěn)定性.同時(shí),為了保證足夠的絕緣距離,線圈兩端和繞組之間都必須留有氣隙,不可能用繞組填滿整個(gè)窗口.

  為了防止高頻電源變壓器從里向外和從外向里的電磁干擾,有些磁芯結(jié)構(gòu)在窗口外面有封閉和半封閉的外殼.封閉外殼屏蔽電磁干擾作用好,但散熱和接線不方便,必須留有接線孔和出氣孔.半封閉外殼,封閉的地方起屏蔽電磁干擾作用,不封閉的地方用于接線和散熱.窗口完全開(kāi)放,接線和散熱方便,屏蔽電磁干擾作用差.

4.3 磁芯參數(shù)

  高頻電源變壓器磁芯參數(shù)設(shè)計(jì)中,要特別注意工作磁通密度不只是受磁化曲線限制,還要受損耗的限制,同時(shí)還與功率傳送的工作方式有關(guān).

  對(duì)變壓器功率傳送方式的磁通單方向變化工作模式,ΔB=Bm-Br,既受飽和磁通密度限制,又更主要地是受損耗限制.但是單方向變化的高頻電源變壓器工作時(shí),沿局部磁滯回線來(lái)回變化,磁芯損耗比雙方向變化沿大的磁滯回線來(lái)回變化小,只有它的30%~40%.而材料測(cè)試時(shí)是按正弦波雙向激磁條件下變化的ΔB為2Bm進(jìn)行的.因此,Bm可以取材料測(cè)試損耗值時(shí),選取的B值高一倍以上.Br受材料磁滯回線上的Br限制,可以用開(kāi)氣隙的辦法來(lái)降低Br,以增大磁通密度變化值ΔB.雖然開(kāi)氣隙后,激磁電流有所增加,但增大ΔB后可以減少磁芯體積,還是值得的.對(duì)變壓器功率傳送方式磁通雙方向變化工作模式,ΔB=2Bm,工作的磁滯回線包圍的面積比局部回線大得多,損耗也大得多,Bm主要受損耗限制,在雙方向變化工作模式中,還要注意由于各種原因造成激磁的正負(fù)變化的伏秒面積不相等,而出現(xiàn)直流偏磁問(wèn)題.可以在磁芯磁路中加一個(gè)小氣隙,或者在電路設(shè)計(jì)時(shí)加隔直流電容,或者采用電流型控制來(lái)解決.

  對(duì)電感器功率傳送方式,磁導(dǎo)率是有氣隙后的等值磁導(dǎo)率,一般都比磁化曲線測(cè)出的磁導(dǎo)率小.可以在確定磁芯結(jié)構(gòu)后,直接測(cè)試它.“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的高頻電源變壓器采用電感器功率傳送方式.不知道為什么不提選用的磁導(dǎo)率,而提BAC或者Bm?也不提BAC或Bm與損耗的關(guān)系?

4.4 線圈參數(shù)

  高頻電源變壓器設(shè)計(jì)的線圈參數(shù)包括:匝數(shù),導(dǎo)線截面(直徑),導(dǎo)線形式,繞組排列和絕緣安排.

  原繞組匝數(shù)根據(jù)外加激磁電壓或者原繞組激磁電感(儲(chǔ)存能量)來(lái)決定,匝數(shù)不能過(guò)多,也不能過(guò)少.如果匝數(shù)過(guò)多,會(huì)增加漏感和繞線工時(shí);如果匝數(shù)過(guò)少,在外加激磁電壓比較高時(shí),有可能使匝間電壓降和層間電壓降增大,而必須加強(qiáng)絕緣.

  副繞組匝數(shù)由輸出電壓決定.高頻電源變壓器主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源.開(kāi)關(guān)電源可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整上限受允許的開(kāi)關(guān)占空比限制.在從要求的負(fù)載電壓計(jì)算變壓器輸出電壓時(shí),應(yīng)考慮開(kāi)關(guān)占空比,串聯(lián)二極管壓降和變壓器的內(nèi)阻抗壓降.

  導(dǎo)線截面(直徑)決定于繞組的電流密度.繞組損耗(銅損)占總損耗比例比較大時(shí),推薦電流密度取2~4A/mm2,銅損占總損耗比例比較小時(shí),推薦電流密度取8~12A/mm2,但是,要經(jīng)過(guò)變壓器溫升校核后進(jìn)行必要的調(diào)整.還要注意的是導(dǎo)線截面(直徑)的大小還與漏感有關(guān).在同樣匝數(shù)下,導(dǎo)線截面直徑增加,內(nèi)層排列的匝數(shù)減少,層數(shù)增加.而漏磁場(chǎng)分布靠近磁芯的內(nèi)層大,外層小,與磁芯距離平方成反比例地衰減.這樣,漏磁通大的內(nèi)層交鏈的匝數(shù)減少?gòu)亩孤└邢陆?

  “設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中提出的繞組排列形式,是一般用的繞組排列方式:原繞組靠近磁芯,副繞組和反饋繞組逐漸向外排列.這種繞組排列形式并不理想.下面推薦兩種繞組排列形式:

  1)如果原繞組電壓高(例如220V),副繞組電壓低,可以采用副繞組靠近磁芯,接著繞反饋繞組,原繞組在最外層的繞組排列形式,這樣有利于原繞組對(duì)磁芯的絕緣安排;

  2)如果要增加原和副繞組之間耦合,可以采用一半原繞組靠近磁芯,接著繞反饋繞組和副繞組,最外層再繞一半原繞組的繞組排列形式,這樣有利于減少漏感.

  絕緣安排首先要注意使用的電磁線和絕緣件的絕緣材料等級(jí),要與磁芯和繞組允許的工作溫度相匹配.等級(jí)低,滿足不了耐熱要求,等級(jí)過(guò)高,會(huì)增加不必要的材料成本.其次,對(duì)在圓柱形磁路上繞線的線圈,最好采用線圈骨架,既可以保證絕緣,又可以簡(jiǎn)化繞線工藝.還有,線圈最外層和最里層,高壓和低壓繞組之間都要加強(qiáng)絕緣.如果一般絕緣只墊一層絕緣薄膜,加強(qiáng)絕緣應(yīng)墊2~3層絕緣薄膜.

4.5 組裝結(jié)構(gòu)

  高頻電源變壓器組裝結(jié)構(gòu)分為臥式和立式兩種.如果選用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯,都采用臥式組裝結(jié)構(gòu),上下表面比較大,有利于散熱

  或者附加散熱器,高度低,有利于安裝在印刷電路板上.組裝結(jié)構(gòu)中采用的夾件和接線端子等盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,以便于外協(xié)加工,降低成本.

4.6 溫升校核

  溫升校核可以通過(guò)計(jì)算和樣品測(cè)試來(lái)進(jìn)行.一般通過(guò)樣品試驗(yàn)進(jìn)行溫升核算的比較多一些.如果樣品試驗(yàn)溫升不超過(guò)允許溫升,可以通過(guò).但是試驗(yàn)溫升低于允許溫升15℃以上,要對(duì)繞組的電流密度和導(dǎo)線截面進(jìn)行調(diào)整,適當(dāng)增加電流密度和減少導(dǎo)線截面.如果樣品試驗(yàn)溫升超過(guò)允許溫升,則要對(duì)繞組的電流密度和導(dǎo)線截面進(jìn)行調(diào)整,適當(dāng)減少電流密度和增加導(dǎo)線截面.如果增加導(dǎo)線截面,窗口繞不下,要增加磁芯尺寸.如果樣品試驗(yàn)磁芯溫升超過(guò)允許溫升,則要增加磁芯的散熱面積,加大磁芯.

5 結(jié)語(yǔ)

  《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期主編寄語(yǔ)中說(shuō):“科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程猶如登山運(yùn)動(dòng),每攀登一步,便會(huì)上升到一個(gè)新的臺(tái)階,新的臺(tái)階自有新的風(fēng)光”.本文作者對(duì)此深表贊同.

  高頻電源變壓器隨著工作頻率的提高,設(shè)計(jì)不斷發(fā)生變化,不斷出現(xiàn)新的軟磁材料,新的磁芯結(jié)構(gòu),新的導(dǎo)線材料和絕緣材料,新的線圈結(jié)構(gòu)和組裝結(jié)構(gòu)等等,不斷出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)方法,就象登山一樣,不斷攀上新的臺(tái)階.

  登山要有目標(biāo).登山的目標(biāo)是攀上頂峰.失去目標(biāo),登山會(huì)迷路.高頻電源變壓器設(shè)計(jì)也有目標(biāo),設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)原則,在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好.失去目標(biāo),高頻電源變壓器設(shè)計(jì)也會(huì)誤入歧途.

  登山的道路不只一條.不管是從東西南北哪條道路攀登,只要能攀上頂峰,則該條道路就是可行的.同樣,高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)方法也不只一種.不管采用哪一種設(shè)計(jì)方法,只要能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)原則,則該種設(shè)計(jì)方法就不能說(shuō)是概念錯(cuò)誤的.

  攀登山上山,放眼天外天!在登上更高的山后,會(huì)看見(jiàn)更大的天地,更好的風(fēng)光.高頻電源變壓器設(shè)計(jì)發(fā)展到一個(gè)新階段后,會(huì)設(shè)計(jì)出性能更好成本更低的產(chǎn)品來(lái).讓我們共同努力吧!

作者簡(jiǎn)介

  徐澤瑋(1936-),男,西安非晶科技股份有限公司總工程師,兼任《國(guó)際電子變壓器》雜志編輯委員會(huì)主任.

磁芯變壓器和磁芯電感的新設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐制作:        
    絕大部分人對(duì)磁芯設(shè)計(jì)感到無(wú)從下手,即使少數(shù)人學(xué)會(huì)了理論設(shè)計(jì),但一用到實(shí)踐中則行不通了,最后頭都大了,還是做不好,(和實(shí)際誤差相差1倍,10倍,有時(shí)甚至相差100倍),感覺(jué)理論真是沒(méi)用,還是用實(shí)踐抄襲別人的吧!可想而知這樣設(shè)計(jì)出的東西想要很好,真是很難.
    為什么理論上的計(jì)算和實(shí)踐不一樣呢?為什么理論計(jì)算中有很多經(jīng)驗(yàn)公式呢?為什么公式中沒(méi)有磁芯的電阻呢?還有實(shí)際應(yīng)用中也有很多不合理的地方,比如磁芯的數(shù)據(jù)是由廠家提供的,各項(xiàng)性能到底達(dá)標(biāo)了沒(méi)有?再說(shuō)磁芯的測(cè)試是用理想方波測(cè)得的,所得到的各項(xiàng)性能是最大性能,根本不能實(shí)用的,即使能用,效果也不理想,諸如磁芯發(fā)熱嚴(yán)重、漏磁過(guò)大等,還有磁芯要留氣隙,或磁芯采用磁棒,則根本違背了變壓器的氣隙越小越好的觀點(diǎn)(有直流成分的除外).我也為它困惑了十多年,才發(fā)現(xiàn)了其中的秘密(共制作了1000多個(gè)各式各樣的磁芯變壓器和電感才總結(jié)的理論).
    本人設(shè)計(jì)了一整套方案來(lái)實(shí)測(cè)磁芯的性能,按實(shí)測(cè)磁芯的性能來(lái)設(shè)計(jì)的變壓器和電感,具有一次試制的成功率極大,絕大多數(shù)性能符合預(yù)計(jì)性能(比如變壓比、最大功率、工作頻率、效率、損耗、電感量等),電感實(shí)際誤差小于5%,做出的變壓器或電感具有比書(shū)上介紹的體積小、功率大(大20倍以上)、發(fā)熱少(少10倍)、效率高、性能好、漏感小等優(yōu)點(diǎn).
    本人磁芯理論來(lái)源于工頻變壓器理論,實(shí)際上工頻變壓器的公式大都可以用于設(shè)計(jì)磁芯變壓器,只不過(guò)要注意二點(diǎn),一是磁芯的最大磁通小,是鐵芯的二十分之一到二分之一,二是磁芯的電阻大,比鐵芯的等效電阻大10K--1M倍.所以頻率可以很高可達(dá)20K--100K,用銅可少200--2000倍,最大功率和鐵芯相比可大100--300倍.設(shè)計(jì)中只要知道了最大磁通值和磁芯內(nèi)阻,則變壓器或電感制作起來(lái)就很方便了.
    現(xiàn)就實(shí)測(cè)最大磁通值和磁芯內(nèi)阻的方法和計(jì)算方法介紹如下:
    第一,首先測(cè)最大磁通值和實(shí)用磁通值,用一個(gè)50HZ恒流源(比如用220V電源串聯(lián)一個(gè)220W燈泡)接入初級(jí)繞組,匝數(shù)可調(diào)(比如1--20匝),次級(jí)用一個(gè)較多匝數(shù)線圈(比如3K--10K匝)來(lái)測(cè)量電壓(有電子毫伏表就不用繞這么多匝了).先使測(cè)量的電壓達(dá)最大值(比如20安匝以后不再增加).然后再測(cè)量電壓最大值的70%處的安匝值(比如為7AT).則此時(shí)的安匝值就是此磁芯的勵(lì)磁電流(即空載電流),此時(shí)的電壓除以次級(jí)匝數(shù)即是50HZ時(shí)的每匝電壓,然后即可根據(jù)頻率要求算出實(shí)際每匝電壓(比如頻率升高1K倍則電壓升高1K倍).其它設(shè)計(jì)計(jì)算和工頻變壓器差不多,有高壓時(shí)要特別注意絕緣(高頻高壓特別容易擊穿).
    第二,當(dāng)頻率設(shè)計(jì)較高時(shí)(10K--100K),應(yīng)測(cè)算磁芯的鐵損.
    絕大多數(shù)人以為鐵損反正較小,不測(cè)也罷(這就造成了生產(chǎn)廠家對(duì)磁芯內(nèi)阻沒(méi)有規(guī)定所引起的種種后果).其實(shí)它的內(nèi)阻大小決定了它的最佳工作頻率,從而決定了最佳每伏匝數(shù),要做一個(gè)電路去滿足一個(gè)磁芯是好辦的,要做一個(gè)電路去滿足很多磁芯其結(jié)果是--哈--哈!(不是打不上電壓而效率低,就是因?yàn)殡妷哼^(guò)高而燒毀開(kāi)關(guān)管)因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)阻不一樣,即使是同一批貨.這是批量生產(chǎn)失敗的最主要原因.
    測(cè)算磁芯的鐵損和工頻變壓器可不一樣,因?yàn)榫€圈的匝數(shù)較少,勵(lì)磁電流較大,鐵損較小,不易測(cè)量.(勵(lì)磁電流大,鐵損小,這使得一些較簡(jiǎn)單的電路工作異常,比如開(kāi)關(guān)管突然關(guān)斷時(shí)勵(lì)磁功率無(wú)處可走,則打出很高的反壓達(dá)5--10倍,使鐵損增大25--100倍的方法來(lái)?yè)p耗勵(lì)磁功率,這使得磁芯發(fā)熱嚴(yán)重,降低效率,還使輸出在輕載時(shí)變壓比不穩(wěn)定,應(yīng)用一定的電路把勵(lì)磁功率返回電源).
    測(cè)算磁芯的鐵損可用萬(wàn)用表直接測(cè)量?jī)?nèi)阻,(打磨表面,用鋁紙壓緊測(cè)量.也可以用4點(diǎn)法精確測(cè)量磁芯的電阻)即可根據(jù)此阻值計(jì)算出渦流電阻(方法略).然后計(jì)算鐵損,鐵損等于每匝電壓的平方除以渦流電阻(一般要求小于0．5%的總功率).即阻值小的頻率要低些,阻值大的頻率可高些,一般阻值小的磁通量大些,阻值大的磁通量小些.
    銅損的計(jì)算方法較簡(jiǎn)單(方法略),也應(yīng)小于0．5%的總功率.變壓器設(shè)計(jì)的怎么樣才算最好呢,應(yīng)該是銅損等于鐵損時(shí)最好,當(dāng)銅損等于鐵損時(shí)則此變壓器設(shè)計(jì)最優(yōu)良,體積最小、效率最高(可達(dá)99%以上).
    制作電感:
    說(shuō)白了,制作電感就是制作一個(gè)空載變壓器(有恒直流成分的要留隙再測(cè),和工頻電感器一樣),只要測(cè)出了勵(lì)磁電流,那么一切就都解決了,應(yīng)用在什么頻率(或脈寬),就可知道每匝電壓,想阻住多少電壓或要感應(yīng)產(chǎn)生多少電壓,就可計(jì)算出繞多少匝.這時(shí),勵(lì)磁電流乘電壓等于轉(zhuǎn)換功率,轉(zhuǎn)換功率乘脈寬等于轉(zhuǎn)換能量.可想而知磁芯大,勵(lì)磁大,功率也大,同時(shí)損耗也大.在滿足功率的前提下,電感也應(yīng)該做成銅損等于鐵損的,此時(shí)效率最高,發(fā)熱最小,磁芯也小,用銅也少,性能最優(yōu),同時(shí)具有漏感小,價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn).此法好用的很,不必算出電感量,就可根據(jù)電路要求直接得到電感的電氣性能.磁芯的選用可根據(jù)應(yīng)用頻率來(lái)定,一般有結(jié)晶的,內(nèi)阻較大,頻率較高,但最大磁通小,功率較小.無(wú)結(jié)晶的,內(nèi)阻較小,頻率較低,但最大磁通大,功率較大.(電感量可用W＝1/2I2L算出.一個(gè)電感光有電感量是不行的,還應(yīng)該有最高工作電壓、工作頻率、損耗等.就如電容,不光要有容量、耐壓,還應(yīng)有最大電流,頻率、損耗一樣.)
                    xingyong寫(xiě)于2002年

500W/12V/2=20.83A
f=70kHz
圖上的那個(gè)線........

只見(jiàn)牛在天上飛,原來(lái)是你在地上吹,哈哈,開(kāi)個(gè)玩笑
“做出的變壓器或電感具有比書(shū)上介紹的體積小、功率大(大20倍以上)”這句話我特別有興趣,根據(jù)TDK的datasheet(不知道算不算書(shū)?)上介紹,EER28L用單端正激100KHz可以做到228W, 不知你設(shè)計(jì)的是不是可以做到228*20=4560W? 真希望你能證明實(shí)現(xiàn)20倍功率輸出的方法.

他這個(gè)人啊,在電池充電與管理版塊吹得不過(guò)癮了,跑到這里來(lái)吹了!哈哈!

呵呵

按XY解釋是這樣的,變壓器輸出有220V,然后短路放電,最高峰值可到2A以上,乘起來(lái)剛好500W,小學(xué)生都會(huì)算,對(duì)不對(duì)?

Ridiculous!!!