高頻開關電源變壓器的設計

蘇治平 柳超

摘 要：隨著時代的發展和進步，技術手段也在不斷完善，公眾對電力的需求也在日益增加。基于此，關注電源技術的發展具有重要意義，電源技術的發展前景越來越廣闊，其主要發展方向是逐步發展高能量密度的電源技術。本文主要介紹高頻開關電源變壓器的設計和實際應用。

關鍵詞：高頻開關電源;變壓器;設計

引言：變壓器是電源產品的重要核心單元，變壓器的性能在很大程度上會影響電力產品的性能。開關電源一直是未來能源產品的發展趨勢。傳統的工頻變壓器體積大、效率低、成本高。正是由于上述缺點，它在設計和市場上逐漸失去了優勢，而開關電源技術能夠有效地改善上述問題，發揮工作效率高、體積小、成本低的顯著優勢，并逐漸被廣泛應用于多種產品中。

一、高頻變壓器

所謂高頻變壓器是指工作頻率高于中頻的電力變壓器，也是開關電源的重要組成部分，其輸出電壓主要由各繞組線圈的匝數比決定，而輸出功率與工作效率有著顯著的關系。開關電源主要采用半橋功率轉換電路，這也是實現電路轉換的有效措施。兩橋臂中的兩個開關元件主要通過高頻模式依次連接，然后逐漸形成高頻脈沖波，然后通過高頻變壓器完成低壓交流輸出。影響其性能的主要因素是變壓器的漏感和分布電容。

二、高頻開關的理論分析

1高頻開關電源分析

該電源是指一種主要用于轉換高頻能的開關設備，能夠執行多種功能，合理轉換標準電壓，并將其轉換為標準電壓或電流。這種電源開關的使用原理通常通過處于高頻模式的電子元件進行轉換，通過這種電子元件可以合理地調節電力。雖然高頻電源開關的結構有一定的不同，但基本原理相同，一般主要由電路、檢測儀器和電路組成，存在一定的相同性。

2串聯諧振電路

對于高頻電斷路器的分析，其開關是柔性剛性開關的一部分。硬開關的使用通常是通過PVM來實現的，在PVM中，由于斷路太頻繁而導致的開關損耗相對過大，其值通常在一定程度上與斷路頻率成正比，并且在這一過程中電感和寄生電容的分布，可能導致損耗增加，對提高斷路器頻率有非常不利的影響，簡而言之，有很多負面影響，軟開關的使用方式是用諧振器切斷電源，不能承受相應的電壓，因此在損耗的大小上有相當大的優勢。

3高頻電壓器分析

所謂高頻電壓器，是指變壓器的工作方式始終高于中頻，是開關電源中的一個重要組成部分，因此，輸出電壓的決定因素是每個繞組的繞組匝數。在此基礎上，高頻電壓輸出功率與工作效率的關系非常密切.在操作過程中，電源開關一般在半模功率轉換模式下工作，通過這種方式逐步實現兩臂開關電橋之間的有效電能轉換，保證高頻模式下的流量，然后形成一些重復，為了降低高頻變壓器的電壓，進而給出一定的低壓電流輸出.同時，變壓器電感和配電電容對性能的運行也起著重要作用。

三、高頻開關電源變壓器的設計要點

1整體設計

對于常用的可調開關電源，需要將電壓控制在相對合適的范圍內，電流控制在最大設計值內。高壓可調高頻開關電源設計方案的結構結構起到了補壓網絡和電流補償網絡的作用，客觀合理地確定了輸出電壓和最大工作電流。一旦工作電流超過最大設定電流，電壓將不會持續增加，從而對電源起到一定的保護作用。DC/DC變換器采用半橋拓撲，將整套采樣電阻用于采集輸出電壓和輸出電流的電感，電壓補償網絡和電流補償網絡，合理地與運算放大器形成有源校正網絡，通過網絡補充兩個輸出控制量，并在使用最小功能選擇后將其發射到DC/DC轉換器，這也是一種設計電源的方案，可以控制輸出電壓并限制最大工作電流。

2主電路設計

半橋拓撲晶體管在關斷時所支持的電壓為VDC，在輸入網絡電壓為220V的市場上得到了廣泛應用。它也是一種相對成熟的隔離拓撲。在進行電路設計時，難點是高頻變壓器的設計。在升壓變壓器的應用中，由于匝數比的原因，二次側的匝數通常明顯高于一次側，因此變壓器的體積將非常大，這也非常不適合現場應用。采用改進的半橋拓撲結構，變壓器的輔助匝數比傳統的半橋拓撲結構減少了50%左右，有利于減小功率體積和控制成本。

3參數優化設計

①溫升

變壓器在運行過程中，鐵芯和繞組中的損耗會產生一定的熱量，這會嚴重提高變壓器的溫度，而這種熱量會通過輻射和對流在周圍環境中不斷增加，因此，必須注意合理控制溫升，這對防止繞組燒損，降低磁芯性能下降和變壓器熱擊穿的可能性非常有益。在計算變壓器的溫升時，通常將磁芯損耗和繞組結合在一起，熱通過磁芯和繞組后，所有表面積逐漸均勻消散。

②分布參數

漏感和分布電容一直是高頻電壓電容器的重要分布參數。在高頻下，分布參數對開關電源的性能有較大的影響，在開關變換器中，漏感會導致電壓峰值，進而對某些電路元件造成相對不必要的損壞。此外，分布電容會導致電流尖峰，在一定程度上延長充電時間，甚至對開關和二極管造成深度損耗，嚴重降低變壓器的效率和可靠性。基于此，在這種工作狀態模式下，有必要最小化變壓器的實際分布參數。這種諧振變換器有利于吸收和利用變壓器的分布參數，也可以作為諧振參數或諧振參數的一部分。因此，在這種模式下，有必要對分布式設計容量和漏感進行準確的研究和設計。

③鐵芯損耗設計

高頻變壓器中使用的磁性材料需要確保其具有低損耗、強穩定性和優良的溫度特性。工業上常用的磁芯材料主要有軟磁鐵氧體、非晶合金和坡莫合金，其中錳鋅鐵氧體應用廣泛。該材料具有較高的磁導率、穩定的居里溫度和溫度特性等顯著的負溫度特性，對解決高頻變壓器的容量、損耗、體積和散熱問題具有重要意義。考慮到與鐵心損耗有關的問題，由于硅鋼和鐵氧體等傳統損耗模型已無法滿足高頻領域的相關性能要求，可以考慮使用新型低矩形比鐵基納米晶合金，在串聯諧振電路單元中將一個完整的充電循環切割成開關子循環，然后計算每個子循環中相應的磁通密度增強功率損耗，然后，充電過程中磁芯的平均鐵損通過總和計算。

4變壓器的漏電感

銅絞線用于提高銅的占用率;采用寬薄銅箔，銅占用率最高;繞組設計為薄的，以減少漏感;二次繞組繞在一次繞組的中間，或二次勵磁繞組繞在一次繞組的外側，兩組緊密結合。在設計變壓器時，PCB板或整機的空間受到一定的限制，包括體積、工作頻率等。，這使得變壓器必須根據PCB板或整機的空間完成相關設計。根據體積、功率、頻率等相關參數，確定變壓器的實際型號和尺寸。根據變壓器的實際輸出和輸入條件，得到變壓器的初步原理圖，然后通過生產實際樣品來驗證初步原理圖是否滿足相關設計要求。此時的試驗特別指變壓器的靜態試驗。

結語：總的來說，科技水平不斷提高，社會多個行業對電源的需求不斷增加。因此，改進電源技術具有重要意義，這也是提高社會經濟發展水平的有效措施。因此，需要注意高頻電壓開關的設計和應用進行研究分析。

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