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高频开关电源变压器的设计项目及性能要求

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2019-12-19 09:54:02

有关高频开关电源变压器的设计项目,高频开关电源变压器,简称高频变压器,这里总结了高频开关电源变压器的性能特点,以及高频变压器的屏蔽问题,供大家参考。

高频开关电源变压器的性能要求

高频开关电源变压器,简称高频变压器,它是开关电源进行电能转换的动力,是决定开关电源性能好坏的重要部件,它影响着开关电源的功率、效率和质量等。变压器在开关电源电路中起着磁耦合、传送能量、储存电能、抑制尖峰电压和尖峰电流的作用。

另外,它还与电路电容构成频率振荡器,产生谐振,调整控制输出电压,实现电压的升降。所以说,设计开关电源不如说是设计高频变压器,设计高频变压器是设计开关电源的基础核心。

高频开关电源变压器的设计项目包括

1,直流输入电压参数:输入电压的最小值、输入电压的最大值、一次电流、最大占空比的选用与计算,一次平均电流的设计与计算、峰值电流的计算、脉动电流的计算、有效电流的计算、一次绕组电感量的计算、一次绕组匝数的计算。

2,二次参数:次级绕组匝数的计算、二次电流的设计与计算、一次和二次绕组线径的计算与核对,一次和二次电流密度的检查与核对。

3,高频变压器磁芯结构的选用:磁芯大小与结构形式的选用,磁芯有效截面积、磁芯窗口面积、有效磁路长度、磁芯气隙宽度的计算。

4,骨架的配置与计算:骨架的绕组宽度、安全隔离边距、一次绕组层数等。

在这些项目中有些是需要查表的,有些是由产品参数给定的,有些是设定的。设计高频变压器要注意减少漏感、集肤效应和邻近效应,因为这三条是影响变压器性能的重要因素。

在开关电源指标允许的范围内,应增加一次电感,减小一次峰值电流和有效电流,其目的是使高频变压器在连续模式下工作,降低变压器在运行过程的损耗。

此外,高频变压器的漏感的电能与一次峰值电流的二次方成正比,这种电能在每个开关周期内被消耗。

减小有效电流,除增大一次电感外,还必须降低钳位保护电路上的电能损耗。因此,钳位保护电路上的元器件要慎重选用。降低漏感、减少集肤效应已经在变压器设计中介绍了很多,先进的绕制工艺是最有效的。

选用合适的磁芯材料和恰当的结构形状是保证电磁能量有效传送、降低铁心发热量、提高变换效率最为重要的一环。

当然大的磁芯可以降低铁损,但是过大的磁芯不但浪费资源,还会使脉冲传输信号产生失真、工作失调。

在设计、选用磁芯时要使铁心的铁损与绕在铁心上的漆包线的铜损相等。(电工技术之家 )

正确地使用漆包线线径,正确地选用工作频率以及占空比时提高高频变压器性能的有效措施,不要只注重输出功率与磁芯截面积的直接关系,还要注重磁芯的材料特性、变压器的形状(表面积与体积的比率)、表面的热辐射、允许温升、工作环境和变压器的工作频率等,不能把输出功率与变压器的大小简单地联系起来。

要借助磁芯生产商提供的特定磁芯计算图表和某些特殊的计算公式,对高频变压器的对流冷却、工作频率和工作温度等关系曲线进行正确的选用和计算。

变压器的绕制是值得重视的。有了完好的制作材料、正确的设计数据,不一定能制造出性能最佳的高品质的高频变压器。

高频变压器的绕制过程也是一门专用技术。高频变压器匝线的排列、绕线的松紧、引线的长短以及层间、匝间所垫绝缘层的材料和层数等,对决定变压器匝间分布电容、交流电感量的漏感、直流损耗、交流损耗起着非同小可的作用。尖峰电压高、纹波电流大、高频变压器发热量高与绕制变压器的工艺有直接关系。

如果电路允许,采用堆叠式绕法能改善轻载时的稳压性能,降低成本,使PCB排线和引脚更加方便简单;采用“三明治”绕法能加强磁耦合能力,减少二次绕组对反馈绕组的干扰,对一次绕组的漏感起到屏蔽作用。

高频变压器的屏蔽问题

高频变压器是向外发射高频电磁信号的发生源,同时也是影响电磁兼容性的一个最大的难题。

仅对高频变压器来说,屏蔽显得十分重要,如果一台完好的开关电源在测试中各种技术参数都符合要求,只是电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)过不了关,那么这台开关电源就是赝品。

消除这两种干扰的最好办法就是屏蔽,高频变压器的屏蔽有层间屏蔽和变压器整体屏蔽两种,这两种屏蔽对抑制电磁干扰和射频干扰是行之有效的。

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