大功率高壓開關電源變壓器的損耗分析及散熱控制

黃毅，彭可，王文潮，陳練，董密，邵添，雷佳豪

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大功率高壓開關電源變壓器的損耗分析及散熱控制

黃毅1，彭可1，王文潮1，陳練1，董密2，邵添1，雷佳豪1

(1. 湖南師范大學 工程與設計學院，湖南 長沙，410081；2. 中南大學 自動化學院，湖南 長沙，410083)

為了提高大功率高壓開關電源的可靠性和穩定性，針對其變壓器損耗與溫升特性，進行理論分析和仿真實例驗證，并提出一種損耗分析和散熱控制方法。以Ansoft Maxwell軟件建立變壓器的3D模型，進行磁場的有限元分析；計算不同負載條件下的溫升情況及散熱所需風量，通過Ansys軟件對溫度場進行分析；以2 000 V/3 A的開關電源模塊為例，建立實際模型驗證散熱控制的有效性。研究結果表明：大功率高壓開關電源的變壓器損耗來源于繞組損耗和磁芯損耗；在自然冷風條件下，變壓器散熱情況較差，溫升明顯過高；采用本文所述方法所計算的風量能有效控制變壓器的溫升；采用該方法也可得到不同負載條件下變壓器的對應損耗及所導致的溫升，進一步達到調控溫度的目的。

變壓器；有限元分析；損耗特性；散熱分析；散熱控制

大功率高壓開關電源廣泛應用于雷達、工業微波爐、污水處理等多種場合，其中，變壓器是其核心部件，其質量和體積較大，也是重要發熱源之一，因此，變壓器設計是決定大功率高壓開關電源性能的關鍵因素。由于變壓器是非線性元件，且在大功率、高頻高壓情況下表現出一些新的特性，因而，設計變壓器成為大功率高壓開關電源設計的難點?！?br>