一、前言 

電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離,作為一種主要電磁器件的高頻開關電源變壓器是工作頻率超過中頻(10kHz)的電源變壓器,主要用于高頻開關電源中,也用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機中.

二、高頻開關電源變壓器的設計要求

高頻開關電源變壓器的設計要求包括磁芯參數,線圈參數等內容.

1. 磁芯參數

高頻電源變壓器磁芯參數設計中,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.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,還要注意由于各種原因造成激磁的正負變化的面積不相等而出現直流偏磁問題,可以在磁芯磁路中加一個小氣隙或者在電路設計時加入隔直流電容或者采用電流型控制來解決.

2. 線圈參數

高頻開關電源變壓器設計的線圈參數包括:匝數,導線截面(直徑),導線形式,繞組排列和絕緣安排等.原繞組匝數根據外加激磁電壓或者原繞組激磁電感(儲存能量)來決定,匝數不能過多,也不能過少.如果匝數過多,會增加漏感和繞線工時;如果匝數過少,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須加強絕緣,副繞組匝數由輸出電壓來決定.

三、高頻開關電源變壓器的設計方法

由于開關電源變換器中的變壓器兼有儲能、限流、隔離的作用,從而開關電源設計的關鍵是高頻變壓器的設計下面給出的方法供大家參考.

1. 磁芯的選擇

按照輸出Vo＝15V,Io＝1．5A的要求,以及高頻變壓器考慮6%的余量,則輸出功率Po＝1．06×15×1．5＝23．85W.根據輸出功率選擇磁芯,實際選取能輸出25W功率的磁芯,根據有關設計手冊選用EI25,查表可得該磁芯的有效截面積Ae＝0．42cm2.

2. 工作磁感應強度ΔB的選擇

ΔB＝0．5BS,BS為磁芯的飽和磁感應強度,由于鐵氧體的BS為0．2~0．3T,取ΔB＝0．15T.

3. 初級繞組匝數NP的選取

選開關頻率f＝100kHz(T＝10μs)按交流輸入電壓為*低值

85V,Emin≈1．4×85V,Dmax＝0．3計算則

Np＝＝＝52．6

取NP＝53匝.

4. 去磁繞組匝數NS的選取

取NS＝2NP＝106匝.

5. 次級匝數NT的選取

輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降,設輸出電流為2A時的線路壓降為7%,則空載輸出電壓VO0≈16V.

NT＝＝＝23．8

取NT＝24匝.

6. 偏置繞組匝數NB的選取

取偏置電壓為9V,根據變壓器次級伏匝數相等的原則,由16/24＝9/NB,得NB＝13．5取NB＝14匝.

7. 電流額定值ICN的選取

平均輸入功率Pi＝＝28．12W(假定η＝0．8),在Dmax時的輸入功率應為平均輸入功率,因此Pi＝0．3×85×1．4×IC＝28．12,則IC＝0．85A,考慮調整電感量時電流不可避免的失控,實際選擇的芯片電流額定值至少兩倍于此值,即ICN>1．7A.

四、結束語

高頻開關電源變壓器的設計除了要了解高頻電源變壓器的理論和設計方法以外,還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能價格、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以及質量控制的檢測參數和儀器設備等