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“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)語方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來選擇決定。
同一個英文名稱“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，最大超過上萬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中頻（10kHz）的電源變壓器,，主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(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,，作者對高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則,、要求和程序不存在錯誤概念，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，感到有些問題值得進(jìn)一步商討,，因此才動筆寫本文,。正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語所說的那樣：“具體地分析具體的情況”，寫的目的,，是嘗試把最難詳細(xì)說明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問題弄清楚,。如有說得不對的地方，敬請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格比最好,。有時可能偏重性能和效率，有時可能偏重價格和成本?，F(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，市場的價值規(guī)律是無情的,！許多性能好的產(chǎn)品,，往往由于價格不能為市場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)約時間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),，對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間,，有的列出簡化的設(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，是完全符合市場規(guī)律的行為,，絕不是什么需要辨析的錯誤概念,。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，溫升只允許低于60℃,，相當(dāng)于A級絕緣材料溫度,。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級和B級絕緣材料,，采用H級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,，請舉具體實(shí)例數(shù)據(jù),。作者曾開發(fā)H級絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器,，與B級絕緣工頻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，請給出實(shí)例與數(shù)據(jù)以及對噪聲原因的詳細(xì)說明,，才會令人可信,。
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：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Υ嫫饋?，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能,，而儲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？兩文中都沒有一點(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,，只要不改變匝數(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)定一個數(shù)值？《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期同時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)為次級開路時初級電感量的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,，對所能接受的漏感值作一個數(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?，儲存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放,，會產(chǎn)生尖峰電壓,，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值,，對絕緣不利，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,，會引起局部短路。這樣,，匝數(shù)有下限,，使漏感也有下限?？傊?，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,。
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“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)語方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來選擇決定,。
同一個英文名稱“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，最大超過上萬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中頻（10kHz）的電源變壓器,，主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(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,，作者對高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序不存在錯誤概念,，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，感到有些問題值得進(jìn)一步商討,，因此才動筆寫本文,。正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語所說的那樣：“具體地分析具體的情況”，寫的目的,，是嘗試把最難詳細(xì)說明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問題弄清楚,。如有說得不對的地方，敬請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格比最好,。有時可能偏重性能和效率，有時可能偏重價格和成本?，F(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,，市場的價值規(guī)律是無情的,！許多性能好的產(chǎn)品，往往由于價格不能為市場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)約時間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),，對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?，F(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間，有的列出簡化的設(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,，是完全符合市場規(guī)律的行為,，絕不是什么需要辨析的錯誤概念。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,，溫升只允許低于60℃,，相當(dāng)于A級絕緣材料溫度。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級和B級絕緣材料,，采用H級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,，請舉具體實(shí)例數(shù)據(jù),。作者曾開發(fā)H級絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器,，與B級絕緣工頻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，請給出實(shí)例與數(shù)據(jù)以及對噪聲原因的詳細(xì)說明,，才會令人可信,。
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：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Υ嫫饋?，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能,，而儲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,？兩文中都沒有一點(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，只要不改變匝數(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)定一個數(shù)值？《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期同時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)為次級開路時初級電感量的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,，對所能接受的漏感值作一個數(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?，儲存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放,，會產(chǎn)生尖峰電壓,，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，對絕緣不利,，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，會引起局部短路,。這樣,，匝數(shù)有下限,，使漏感也有下限?？傊?，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,。
3.3 提高效率
提高效率是對電源和電子設(shè)備的普遍要求,。雖然從單個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,，損耗只有2W,，并不多。但是成十萬個,，成百萬個高頻電源變壓器,，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)的雙重社會經(jīng)濟(jì)效益。因此,，提高效率是高頻電源變壓器一個主要的設(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,，反而會增加銅損,，延緩銅損的下降趨勢,。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)的一個主要內(nèi)容,。鐵損也成為評價軟磁芯材料的一個主要參數(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,，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,。用符號表示時，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,，必須指明它的工作溫度,，特別是軟磁鐵氧體材料，對溫度變化比較敏感,，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℃時損耗a級≤300kW/m（300mW/cm3）,，b級≤150kW/m3（150mW/cm3）。***TDK公司生產(chǎn)的PC44型軟磁鐵氧體材料達(dá)到PW3a級標(biāo)準(zhǔn),，達(dá)不到PW3b級標(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,，也沒說明損耗對應(yīng)的工作磁通密度,。讀者只好去猜：損耗對應(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,。請介紹一下是哪家公司哪種型號產(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,，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，為了簡化計(jì)算,，有時根據(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，為了簡化計(jì)算,，對不同工作頻率,，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主要設(shè)計(jì)要求,，有時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,，都面臨著市場競爭。競爭的內(nèi)容包括性能和成本兩個方面,，缺一不可,。不注意降低成本，往往會在競爭中被淘汰,。
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)械化和自動化,，可以減少人工工時,，更能保證產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量）？是否需要工模具,？質(zhì)量控制中需要檢測的工序和參數(shù)：哪些參數(shù)要在加工過程中檢測,？哪些參數(shù)要在出廠試驗(yàn)中檢測（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，以便能即時判斷產(chǎn)品質(zhì)量,。）,？哪些參數(shù)要在型式試驗(yàn)中檢測？要用什么檢測儀器和設(shè)備,，價格如何,？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格,，各種電磁線的性能和價格,，各種絕緣材料的性能和價格；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)量控制的檢測參數(shù)和儀器設(shè)備；還要了解生產(chǎn)管理的基本知識以及高頻電源變壓器的市場動態(tài)等等,。只有知識全面的設(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，只針對軟磁鐵氧體進(jìn)行討論,，而對其他軟磁材料有時說明一下,，有時只字不提。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?！峨娫醇夹g(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,，顯不出價格便宜的優(yōu)勢。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,，價格也不便宜,，與其他軟磁材料相比，磁芯價格基本相當(dāng),，有時反而由于體積大,，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，不論外界干擾磁場從哪個方向侵入,，都在磁芯中分為兩個方向通過，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，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,，一個原因是胖，圓柱形大,，漏磁輻射面大,；另一個原因是矮，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)椋瑲庀冻叽缭龃?，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,，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,，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,。
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,，同時還與功率傳送的工作方式有關(guān)。
對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，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％。而材料測試時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可以取材料測試損耗值時，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,?？梢栽诖判敬怕分屑右粋€小氣隙，或者在電路設(shè)計(jì)時加隔直流電容,，或者采用電流型控制來解決,。
對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出的磁導(dǎo)率小,?？梢栽诖_定磁芯結(jié)構(gòu)后，直接測試它,。“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,，會增加漏感和繞線工時,；如果匝數(shù)過少，在外加激磁電壓比較高時,，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,，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，推薦電流密度取2～4A/mm2,，銅損占總損耗比例比較小時,，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,，要與磁芯和繞組允許的工作溫度相匹配,。等級低，滿足不了耐熱要求,，等級過高,，會增加不必要的材料成本。其次,，對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
溫升校核可以通過計(jì)算和樣品測試來進(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。
5 結(jié)語
《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期主編寄語中說：“科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程猶如登山運(yùn)動,，每攀登一步,，便會上升到一個新的臺階，新的臺階自有新的風(fēng)光”,。本文作者對此深表贊同,。
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格比最好,。失去目標(biāo)，高頻電源變壓器設(shè)計(jì)也會誤入歧途,。
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誤的,。
攀登山上山,，放眼天外天！在登上更高的山后,，會看見更大的天地,，更好的風(fēng)光,。高頻電源變壓器設(shè)計(jì)發(fā)展到一個新階段后,，會設(shè)計(jì)出性能更好成本更低的產(chǎn)品來。讓我們共同努力吧,！
作者簡介
徐澤瑋（1936－）,，男，西安非晶科技股份有限公司總工程師,，兼任《國際電子變壓器》雜志編輯委員會主任,。