开关电源高频变压器的设计.ppt

变压器基础知识1、变压器组成：原边（初级primaryside）绕组副边绕组（次级secondaryside）原边电感（励磁电感）--magnetizinginductance漏感---leakageinductance副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感匝数比：K=Np/Ns=V1/V2
2、变压器的构成以及作用：1）电气隔离2）储能3）变压4）变流
●高频变压器设计程序：
1.磁芯材料
2.磁芯结构
3.磁芯参数
4.线圈参数
5.组装结构
6.温升校核
1.磁芯材料
软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。
其优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加
工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低，磁导率
不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。选择哪一类
软磁铁氧体材料更能全面满足高频变压器的设计要求，
进行认真考虑，才可以使设计出来的变压器达到比较理
想的性能价格比。2.磁芯结构
选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感，
增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配
接线方便等。
漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需
要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。2024/10/63.磁芯参数：磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。磁通单方向变化时：ΔB=Bs-Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又会影响磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB
开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。对于磁通双向工作而言：最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。在双方向变化工作模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容。2024/10/64.线圈参数：
线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，
绕组排列和绝缘安排。
导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。通常取J为2.5～4A/mm2。导线直径的选择还要考虑趋肤效应。如必要，还要经过变压器温升校核后进行必要的调整。4.线圈参数：
一般用的绕组排列方式：原绕组靠近磁芯，副绕组反馈绕组逐渐向外排列。下面推荐两种绕组排列形式：
1）如果原绕组电压高（例如220V），副绕组电压低，可以采用副绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排；
2）如果要增加原副绕组之间的耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的排列形式，这样有利于减小漏感。5.组装结构：
高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组装结构。功率变压器根据拓扑结构分为三大类：
（1）反激式变压器；
（2）正激式变压器；
（3）推挽式变压器（全桥/半桥变换器中的变压器）
磁芯结构适合的拓扑结构形式如下页表所示：
磁芯结构磁芯材料的选择应注意的问题：
1、软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。2、软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。3、在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求：（1）具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br磁通密度Bs的高低，对于变压器和绕制结果有一定影响。从
理论上讲，Bs高，变压器绕组匝数可以减小，铜损也随之减小在实际应用中，开关电源高频变换器的电路形式很多，对于变压器而言，其工作形式可分为两大类：变压器或者电感根据在拓扑结构中的工作方式分为三大类：1、直流滤波电感工作状态，电感磁芯只工作在一个象限。属于这类工作状态的电感有Boost电感、Buck电感、Buck/boost电感、正激以及所有推挽拓扑变换器输出滤波电感、单端反激变换器变压器；
2、正激变换器中的变压器，磁芯也只工作在一个象限，但变压器要进行磁复位。
3、推挽拓扑中的变压器，磁芯是双向交变磁化，属于这类的变换器有推