中心議題：

• 電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" title="電源變壓器">電源變壓器" 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• 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求
• 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)程序

1　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,。不談成本,，市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)律是無情的！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”的產(chǎn)品為什么在市場(chǎng)上推廣不開值得大家深思,。

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年代中開發(fā)高頻磁放大器式開關(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)品說明書中,，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)？有沒有普遍性,？包括“辨析”一文中提出的一些說法,，都需要經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，才能站得住腳,。

總之，千萬記?。焊哳l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),。

2　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。

2.1　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以下單片開關(guān)電源的音頻噪聲頻率,，約為10kHz～20kHz,，一定有其原因。由于沒有畫出噪聲頻譜圖,，具體原因說不清楚,，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。

2.2　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,，然后通過去磁使副繞組感應(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，同一主要作者寫的開關(guān)電源“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中,，列出了“磁芯的選擇”,，也沒有提磁導(dǎo)率，只是提出最大磁通密度Bm為0.275T,。由于沒有畫磁通密度變化波形,，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)？?jī)晌闹卸紱]有一點(diǎn)說明，只好讓讀者自己去猜想了,。

電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成,。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法。“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中說：“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)開路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％”,。“辨析”一文中說：“在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著漏感=1％的磁化電感或漏感《2％的磁化電感等類似的技術(shù)要求,。其實(shí)這種寫法或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很不專業(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?，?chǔ)存的能量也大,，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓,，增加開關(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,。

絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成,。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)度問題。

2.3　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,。但是成十萬個(gè)，成百萬個(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)品說明書中都要列出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，并說明在性能因子條件下允許的損耗值,。新的分類標(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，性能因子越高的,，工作頻率越高,，極限頻率也越高。例如,，PW3類軟磁鐵氧體材料,，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）,。***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,，沒指明是選哪一類軟磁鐵氧體材料，也沒說明損耗對(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,，以便讀者也去購買,。

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)算過程,，這并不象“辨析”一文中所說的那樣：“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？

2.4　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,？是否要備有多少庫存量？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。

3 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,。

3.1　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)說明一下,，有時(shí)只字不提,。而且究竟選擇哪一類軟磁鐵氧體，也不加以說明,，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都小，如果選擇軟磁鐵氧體,，必須用PW4,、PW5類材料，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)出來的高頻電源變壓器達(dá)到比較理想的性能價(jià)格比。

3.2　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)庀叮瑒t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)椋幸稽c(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,，產(chǎn)生的干擾互相抵消。但是,，封閉磁芯繞線困難,，且環(huán)形磁芯散熱要通過線圈，而且內(nèi)層引出線也要穿過線圈引出,，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,。窗口完全開放,，接線和散熱方便，屏蔽電磁干擾作用差,。

3.3　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),，沿局部磁滯回線來回變化，磁芯損耗比雙方向變化沿大的磁滯回線來回變化小,，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,，可以用開氣隙的辦法來降低Br,，以增大磁通密度變化值ΔB。雖然開氣隙后,，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?？梢栽诖_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,？

3.4　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）來決定，匝數(shù)不能過多,，也不能過少,。如果匝數(shù)過多，會(huì)增加漏感和繞線工時(shí),；如果匝數(shù)過少,，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關(guān)電源,。開關(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)減少從而使漏感下降,。

“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,。

3.5　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,。

3.6　溫升校核

溫升校核可以通過計(jì)算和樣品測(cè)試來進(jìn)行,。一般通過樣品試驗(yàn)進(jìn)行溫升核算的比較多一些。如果樣品試驗(yàn)溫升不超過允許溫升,，可以通過,。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)磁芯溫升超過允許溫升，則要增加磁芯的散熱面積,，加大磁芯,。

4　結(jié)語

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)方法就不能說是概念錯(cuò)誤的,。