高频变压器的设计与实验研究
高频变压器的分析与设计.
高频链中高频变压器的分析与设计文章作者：四川成都西南交通大学龙海峰郭世明江苏南京国电南京自动化股份有限公司呙道静文章类型：设计应用文章加入时间：2004年9月6日14:54文章出处：电源技术应用摘要：高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。
在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。
叙述了高频变压器的设计过程。
实验结果证明该设计满足要求。
关键词：高频链；高频变压器；逆变器引言MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。
高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。
近年来，高频链技术引起人们越来越多的兴趣。
1 概述图1是传统的逆变器框图。
其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪音大，可靠性差。
另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。
图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。
采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。
高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。
不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。
2 高频变压器的设计设计高频变压器首先应该从磁芯开始。
开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。
磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。
磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。
高的电阻率，则涡流小，铁耗小。
各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。
铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。
高频变压器的设计方法及其应用研究
高频变压器的设计方法及其应用研究摘要:首先论述了设计高频变压器的基本原则,分析了高频变压器设计的基本要求。
阐述了高频变压器的设计方法,详细讨论了磁芯材料、磁芯结构、磁芯参数、线圈参数、组装结构和工作点确定等各个方面设计时应该注意的问题。
运用面积相乘(AP)法设计了一款实际应用的高频变压器。
最后简介了高频变压器的发展方向和应用前景。
关键词:高频变压器,面积相乘法,磁芯材料,线圈参数1.引言电子变压器、半导体开关器件、半导体整流器件和电容器一起,被称为电源装置中的四大主要元器件[1]。
电子变压器作为一种主要的软磁电磁元件,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
高频变压器是指工作频率大于等于20KHz的变压器,主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器,也可以用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器。
一般传送功率比较大的,工作频率比较低;传送功率比较小的,工作频率比较高。
高频电子变压器和它的发展方向最近成为电子变压器行业关注的一个焦点。
电子设备小型化和轻量化的需求日益突出,因此,对于占用电子设备很大体积和重量的电感变压器相应向高频化的方向发展。
同时,器件也由传统的插件向表面贴装的方向发展,笔记本电脑的日益普及,各种数码消费电子和汽车电子的蓬勃发展,都为高频电感变压器的发展提供千载难逢的机会。
在DC-DC转换器中,更低的电压,更高的电流的发展趋势,对相应的高频电子变压器的设计提出更高的要求。
2.高频变压器的设计原则与设计要求(1) 高频变压器的设计原则。
高频变压器作为一种产品,与其他商品一样,设计原则是在具体使用条件下完成具体功能中追求性能价格比最好。
产品虽然性能好,但如果价格不能为市场接受也会遭冷落和淘汰。
(2) 高频变压器的设计要求。
以设计原则为出发点,高频变压器的设计要求包括:使用条件,完成功能,提高效率,降低成本。
使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性。
可靠性是指在具体的使用条件下,高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止[2]。
怎样设计高频变压器
怎样设计高频变压器高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。
在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。
开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。
磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。
磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。
高的电阻率，则涡流小，铁耗小。
铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。
高频变压器的设计通常采用两种方法[3>：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP （AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。
注意：1）设计中，在较大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。
2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。
同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。
对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。
单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。
单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、较简外围电路、较佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。
在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。
高频变压器设计原理
摘要：阐述了高频开关电源热设计的一般原则，着重分析了开关电源散热器的热结构设计。
关键词：高频开关电源；热设计；散热器1 引言电子产品对工作温度一般均有严格的要求。
电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。
当温度超过一定值时，失效率呈指数规律增加。
有统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。
所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求，这就是电子设备的热设计。
而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备，温度更是影响其可靠性的最重要的因素，为此对整体的热设计有严格要求。
完整的热设计包括两方面：如何控制热源的发热量；如何将热源产生的热量散出去。
最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。
2 发热控制设计开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管（如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等），大功率二极管（如超快恢复二极管、肖特基二极管等），高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。
针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。
2.1 减少功率开关的发热量开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减少它的发热量，不仅可以提高开关管自身的可靠性，而且也可以降低整机温度，提高整机效率和平均无故障时间（MTBF）。
开关管在正常工作时，呈开通、关断两种状态，所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。
其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。
可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。
MOSFET的通态电阻较IGBT的大，但它的工作频率高，因此仍是开关电源设计的首选器件。
现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ，从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。
美国APT公司也有类似的产品。
高频高压变压器的研发与设计
高频高压变压器的研发与设计摘要:近年来随着电力电子技术的进步，大量应用现代电力电子技术的高频高压电源因其重量轻、安全可靠、体积小、智能化高等各种优点，在雷达、电化学、激光技术、静电喷涂、静电除尘等领域得到了广泛应用。
高频高压变压器作为电源的核心组成部分，发挥了能量转换、安全隔离、升压的作用，其性能参数对电源整机的可靠性、稳定性及效率有着举足轻重的作用。
本文以一种大功率静电除尘用高频高压电源为需求，设计一台输出直流电压80kV、电流1A、频率36kHz的高频高压变压器。
本文针对高频高压变压器的设计需求及电路拓扑，根据LC谐振电路参数，得到高频高压变压器的设计参数，最后进行实验验证。
针对高频高压变压器体积小易击穿、高压高变比下分布电容影响大、整流硅堆均压差等问题，提出了一种多层分段绕组结构整流后再叠压的设计思路。
按此设计思路绕制了高频高压变压器样机及制造了电源整机进行测试，试验参数符合设计要求。
关键词：高频变压器分布参数高压绝缘技术1引言改革开放后我国的经济呈现突飞猛进的态势，但在经济快速发展的同时也带来了环境污染问题，特别是大气污染。
随着经济发展人们对生活环境的要求也越来越高，一个良好的空间环境成了人们的迫切需求。
随着近几年对大气污染的大力整治，空气质量已大幅改善，重雾霾等极端天气也已呈逐年下降趋势。
作为大气污染物的重要治理设备，静电除尘设备以其高净化率、适应性强、维护方便等优点得到广泛应用。
但随着越来越严格的环保政策，早期各种供电电源因技术局限及服役年限的增加开始问题频出，已严重影响达标排放。
市场开始面临需要有一种更先进更稳定更智能的高压电源设备来满足需求，静电除尘电源技术发展开始面临着进一步的升级换代。
研发一种高效率、高可靠性、高稳定性及智能化的高频高压电源既能满足环保要求也将带来巨大的市场需求。
高频高压变压器作为整个项目设计中的难点和重点，变压器的设计参数直接影响到整个电源的各项技术指标，以往的文献资料涉及理论及原理的较多，但真正的系统性的介绍设计实例却很少。
高频高压变压器的设计与实现
华中科技大学硕士学位论文摘要高频高压开关电源因体积小、重量轻、安全稳定等优点被广泛用于静电除尘器、军事雷达、电子束焊机、激光器等设备仪器中。
高频高压变压器作为高频高压开关电源的重要组成部分，起到了能量传递、升压、隔离的作用，其工作稳定可靠性对开关电源的性能具有决定性作用。
本文以电容器充电电源为实验平台，旨在设计一台性能良好的10kV、12.5kHz、6kW高频高压变压器。
本文对高频高压变压器等效模型及其简化等效模型进行了分析，给出了串联谐振型电容器充电电源的电路结构及参数，通过对充电电源电路进行仿真得到了高频高压变压器的设计参数。
本文从磁芯的选择、绕组导线的选型、绕组结构的设计、绝缘的设计这四个方面详细介绍了高频高压变压器的设计过程。
采用磁芯损耗小、饱和磁通密度大、温度特性良好的铁基纳米晶磁芯作为变压器磁芯；根据载流密度和流过变压器的电流选取满足集肤深度要求的绕组导线；原副边同轴绕制和副边绕组分段分层绕制分别有效减小了变压器漏感和分布电容；采用性能优越的聚酰亚胺薄膜和挡墙胶带分别作为变压器层间绕组和段间绕组的绝缘材料。
在完成高频高压变压器的总体设计后，对其分布参数和损耗进行了理论计算。
有限元法作为一种数值分析方法，因其计算精度高被广泛用于求解工程电磁场问题。
本文采用有限元仿真软件COMSOL对高频高压变压器的分布电容、损耗和温升进行计算。
建立分布电容二维有限元模型，分别对四种副边绕组绕制方案对应的分布电容进行分析，通过仿真分析结果确定了最优绕制方案，实现了分布电容最小和变压器性能最佳；建立三维有限元模型对变压器的损耗进行分析，通过施加电路激励和设置磁场环境，求得变压器的磁芯损耗和绕组损耗；采用有限元中的固体传热模块和层流模块对变压器的温度场进行模拟，通过仿真分析得知，变压器工作时磁芯左侧区域温度最高，最高温升为44.2℃，温升满足工作要求。
本文最后介绍了高频高压变压器的绕制过程和串联谐振型电容器充电电源样机的各部分组成，然后对高频高压变压器的分布参数和损耗进行测试。
高频开关电源变压器的优化设计及其应用研究
高频开关电源变压器的优化设计及其应用研究摘要：在开关电源当中，变压器是实现核心性能的关键技术组件，因此要把控合理设计与应用。
本文通过分析高频开关电源变压器的构成及发展现况，进一步分析了变压器的优化设计方向与实际应用。
关键词：优化设计；变压器；高频开关电源引言：目前的开关电源正不断向高频化的方向发展，因此其相应的变压器装置也开始采用高频形式，基于此，本文主要围绕着高频开关电源变压器的内部设计展开的研究，希望能够对高频开关电源变压器的实际应用有所帮助。
1.高频开关电源变压器的构成及发展现况1.1高频开关电源变压器的构成与分类高频开关电源变压器中，其开关器件是基于半导体功率，因此也可称之为开关管，而控制开关管在高频下进行关闭与开通操作，从而实现将某种电能的形态转换为其他类型电能形态，这种性能的装置就叫做开关转换器。
以开关转换器为关键部件，再利用闭环自动控制方式对输出电压进行稳定处理，同时，整个电路中还配有相应的保护电源，这种情况下的电源就叫做开关电源，而使用高频的转换器做电源开关工作的转换装置，就被称作高频开关电源，其一般是采用高频DC 转换器。
在高频开关电源当中，其运行的最基本路线包括整流滤波电路、开关型的功率变换装置、控制电路以及交流直线转换电路，而其相应的变压器装置可采用以下几种分类方式。
一是基于不同的驱动方式来划分为自激式驱动变压器以及他激式驱动变压器；二是根据电路的拓扑结构来划分变压器类型，具体可分为两类，包括隔离式变压器与非隔离式变压器，其中隔离式变压器装置还可划分为半桥式变压器、全桥式变压器、反激式变压器、正激式变压器以及推挽式变压器，非隔离式变压器则包括升压型变压器与降压型变压器；三是基于输入与输出之间是否存在电器隔离来划分变压器类型，有电器隔离则为隔离式变压器，无电器隔离则为非隔离式变压器；四是基于DC的开关条件或DC转换器类型来划分，可分为软开关型变压器与硬开关型变压器[1]。
1.2开关电源技术的发展现况电源从上世纪60年代开始就得到使用，一开始大部分使用电源的电子产品都是线性电源结构，这种电源在原理上存在许多局限，且电源本身的体积大、重量高，还具有损耗大的缺点，随后，一种基于开关调节器的直流稳压电源逐渐将其取代，对于开关电源技术的集中化研究开始于上世纪90年代，当时使用的开关电源是基于DC/DC转换器，并采用脉冲宽度调制方式来实现功能，随后还有许多新型电源材料逐渐问世，包括高频磁性材料以及半导体材料，这些材料的应用也使得开关电源的频率得到进一步增长，当前，国内外的开关电源技术都已经实现市场化发展，国内自主研发的开关电源变压器装置也逐渐变多，但大部分变压器的频率较小，高频开关电源变压器的研究还有待加强，近年来，随着对高频开关电源变压器的研究力度加大，该项技术的发展也得到了跨越式的进步[2]。
高频变压器设计
5高频率的功率变压器THE HIGH-FREQUENCY POWER TRANSFORMER5-0概论(INTRODUCTION)很多科学家认为磁性元件的设计是一种“高深的技术”，其实这乃是一种最重的错误观念。
磁性元件的设计乃为精密的科学，而那些所有正确的基本电磁定律，乃由以前的科学家们所研究发展出来，如Maxwell, Ampere , Oersted ,与Gauss等人。
本章主要目的就是介绍基本的磁学定律，而且为了实际的电磁元件设计，如线圈与变压器，我们将以简单的，合逻辑的，有条理的方式来深入浅出介绍磁性与电性之间存在的关系。
5-1电磁的原理（PRINCIPLES OF ELECTROMAONETISM）考虑如图5-1所示的简单电路，此由电压源V，开关S与负载L，组成一个空气线圈（air coil）的电路，如果在某些情况下，开关S被关闭（closed）,则会有电流I产生经由线上流至负载，当电流通过线圈时，就会有磁场被建立起来，如图中所示，连接于线圈之间所产生的磁场，此乃为称之为磁通量（flux）,而磁场中的磁力线可称之为磁通链(flux linkages)。
图5-1流经空气线圈的电流I会有磁通量的产生图5-2 铁磁材料棒置于线圈之内会产生较多或较强的磁通量然而，在此线圈中的磁通量并不会很大，如果我们在线圈中加入磁性材料（铁磁材料）棒，则会有额外的磁场被感应产生，因此，也就会有更多的磁通量被产生，如图5-2所示。
而磁通链将沿着磁棒前进，并经由空气传导路径形成一回路，如果铁磁铁心（ferromagnetic core ）以此种方式构成并取代了磁棒，则磁通就会呈现一连续的路径，且磁场将形成于铁心之内，因此所感应的磁场就会较强大，如图5-3所示。
图5-3 连续的铁磁性铁心会限制所有的磁通量于铁心内并有很强的磁场产生在磁场上某一点所测量的磁通聚集程度，我们称之为磁通量密度（magnetic flux density ）或是磁感应(magnetic induction),以符号B 来表示。
高频变压器的设计与实验研究
／ Hz 直流 100 1k 10k 100k
实验值 0．282 0．283 0．285 0．294 1．61
计算值 误差 ／ ％ 实验值
0．283
—
0．217
0．283
—
0．2170．283—0．2190．306 3．9 0．240
1．76
8．5
1．23
计算值 误差 ／ ％
0．218 —
0．218 —
（5）
K·ΔB·f
在绕组损耗的一维 Dowell 模型中，把复杂的三 维 电 磁 场 问 题 处 理 为 易 处 理 的 精 确 的 一 维 计 算 [5]。
式中 ΔB— ——磁感应增量，约为 0．15T～0．2T f— ——变压器的工作频率
由于集肤效应和邻近效应的影响，不同频率下导体
其中，K＝KtKuKp
0．2 0
20
40
60
80
100
负载 ／ Ω
0．8
0．7
传输效率
0．6
0．5
态分布，在 95kHz 和 105kHz 时，输入功率约为最大 值的 55％，输出 功 率 大 约 为 最 大 值 的 60％，因 此 在 实际系统中尽量保持工作频率不要偏离系统的谐振 频率，如果偏离 ，幅 度 不 宜 过 大 ，应 保 持 在 5％范 围 内。
0．9
Ve＝
29．3×PIN (K·ΔB·f )0．68
（6）
由此可以快速选择铁心， 查出铁心有效截面积
和面积乘积等。
另外，初级绕组匝数按下式计算：
式中
Np＝
Kf
Vp fBwAe
（7）
Kf— — — 波 形 系 数 ， 有 效 值 与 平 均 值 之 比 ， 正 弦
高频变压器设计与制作实验指导书
电子科技大学微电子与固体电子学院实验指导书课程名称高频开关电源变压器的设计与制作电子科技大学教务处制表《高频开关电源变压器的设计与制作》新实验《磁芯参数的选择及开关电源变压器的设计》实验指导书一、课程性质和任务《高频开关电源变压器的设计与制作》实验是一门跨专业选修实验课程，它是继普通物理实验、基本电路实验、xxx实验之后开设的一门独立的综合实验课。
学生需灵活运用磁性材料知识和电路设计经典方法，通过具体设计实例和典型开关电源变压器的制作，加深巩固所学知识，学习解决实际问题的方法和经验。
实验中会利用多种磁性测量仪器设备，在设计、制作的多个阶段完成设计参数的验证，从而熟练掌握相关仪器仪表的使用方法。
这些设计、制作、测试工作，可以为学生今后完成相关的综合实验、专业实验、科学研究等打下坚实的基础，对其专业能力和素质的培养提供很大的帮助。
高频开关电源变压器的设计与制作实验作为一门综合实验课，其基本任务是：（1）巩固学生的专业基础知识本实验所涉及到的专业基础知识理论性强、概念抽象多、公式计算复杂，仅靠理论学习很难深刻理解基本概念与物理现象、边界条件与计算方法、电磁能量转换过程等的相互关系，同时缺乏实验环节将导致学生学习兴趣下降、学习效率底下等问题。
通过本实验，让学生可以在多个实验环节中涉及到大量理论知识的实际应用，从而激发学习热情，巩固对磁性材料、电路理论等基础知识的掌握。
（2）培养学生解决实际问题的能力工程科学本质上是源于应用、服务于应用的科学，学生所掌握的普遍性规律，即基础理论，最终要用于解决实际工程问题。
本实验课程提供了从设计目标、参考设计方法和流程、实际制作、测量等一系列的任务，培养学生解决实际问题的能力。
（3）培养学生科学的思维方式和工作方法实验是验证理论的有效手段，同时也是发现问题、创新突破的基本途径。
我们在理论教学中给出了大量成熟的研究成果，但过程和方法往往没有认真深入地探究。
在本实验中，验证现有理论和方法是基本目的，同时我们要求学生要学习科学的思维方式和工作方法，具备基本的观察、对比、分析、总结能力。
面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述
4、大容量高频变压器的检测与 维护
4、大容量高频变压器的检测与维护
为了保证大容量高频变压器的可靠性和稳定性，需要进行严格的检测和维护。 检测主要包括电气性能测试、机械性能测试和环境适应性测试等。电气性能测试 主要包括电压比、阻抗、绝缘电阻等测试项目，以检验变压器的电气性能是否符 合设计要求。机械性能测试则主要包括振动测试、冲击测试和寿命测试等，以检 验变压器的机械强度和稳定性。环境适应性测试则主要包括高温、低温、湿度等 环境因素对变压器性能的影响。
参考内容
内容摘要
电力电子变压器是现代电力系统中不可或缺的重要组成部分，而高频变压器 在其中扮演着关键的角色。本次演示将深入探讨电力电子变压器中高频变压器磁 芯和绕组特性的相关问题，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
内容摘要
在过去的研究中，高频变压器得到了广泛的。它的基本原理是通过在变压器 铁芯上绕制线圈，利用电磁感应原理实现电能的传递。由于高频变压器的频率较 高，因此具有小型化、高效化和轻量化等优点。在电力电子变压器领域，高频变 压器的设计主要涉及到磁芯和绕组的特性，这些特性对变压器的性能和稳定性有 着至关重要的影响。
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1、可以实现交直流的自由转换，提高电网的灵活性和稳定性； 2、可以实现能量的双向传递，提高能源利用效率；
一、交直流配电网电力电子变压器的概念和应用背景
3、具有较宽的调节范围，可以满足不同负荷的需求；
4、具有较高的效率，可以减少 能源损耗。
4、具有较高的效率，可以减少能源损耗。
在实际应用中，交直流配电网电力电子变压器已经得到了广泛的应用，例如 风力发电、太阳能发电、直流微电网、智能楼宇等领域。
主体部分
1、大容量高频变压器的技术概 述
高频变压器设计方法
8、效率η； 9、温升∝。
二、计算步骤：1、计算视在功率PT ；视在功率PT 因工作电路不同而别，如下图：7、选用磁芯型式；高频变压器的设计方法之一一、设计条件： 1、工作电路； 2、原边电压Vp ； 3、输出电压Vo； 4、输出电流Io ； 5、开关工作频率fs ； 6、工作磁通密度Bw ； AP=Aw · Ae视在功率与线路结构关系线路（b ） PT=Po （ + 1 ）线路（a ） PT=Po （1+ ）线路（b） PT=Po （ +√ ）AP 值是磁芯窗口面积Aw 与磁芯有效截面积Ae 的乘积，即各种磁芯的AP 示意图如下：1η1η1η2EI 叠片铁芯GC 型铁芯环形铁芯R( b )R( a )AP=（）Ae Aw Le Wt Ml 其中：V01=KvAP 0.75 Wt=KwAP 0.75As=KsAP 0.5根据选取的磁芯，查出（计算）出如下参数：Le ——磁芯有效磁路长度（cm ）； Wt ——磁芯重量（KG ）； Ml ——绕组平均匝长（cm ）。
式中：AP ——为Aw 和Ae 两面积乘积（cm 4）； PT ——变压器视在功率（w ）； Bw ——工作磁通密度（T ）； Fs ——开关工作频率（Hz ）； Ko ——窗口使用系数，一般取0.4；Kf ——波形系数，方波Kf =4.0，正弦波Kf =4.44； Kj ——电流密度比例系数； X ——与磁芯有关常数。
J= KjAP X带绕铁芯罐形铁芯KoKf FsBwKjPT ×10411 + XNp=（匝）Ip=(A)（A/cm 2）（cm ）（cm 2）（Ω）（W ）3、计算原边绕组匝数Np ：平均匝长计算如下图：4、计算原边电流I p ：5、计算电流密度J ：J=Kj （Aw · Ae ）X6、计算原边绕组裸线直径dP 和截面积Axp ：Ppcu = I p 2Rp 8、计算副边绕组匝数：dP=1.13※式中，在有中心抽头电路时，Ip 需乘0.707的修正因素，根据计算的dP 值选取初级导线，并查出带漆皮的线径、截面积和每cm 电阻（Ω/cm ）值。
高压高频变压器的研究与设计
2、选择磁芯材料和结构：选用铁氧体材料，E型结构。
3、计算线圈参数：初级线圈匝数400匝，线径0.5mm；次级线圈匝数200匝， 线径0.7mm；绝缘层厚度50um。
4、设计线圈骨架与绝缘层：采用层叠式线圈结构，增加机械强度和热稳定 性；绝缘层采用聚酰亚胺薄膜材料。
5、制作与测试：按照设计好的参数制作变压器，并进行空载损耗、负载损 耗、电压变换比、绝缘电阻等性能测试。测试合格后即可投入使用。
二、高压高频变压器的基本原理 与特点
1、高压高频变压器的原理
高压高频变压器利用磁耦合原理实现电压和电流的转换。简单来说，它是由 一个初级线圈和一个次级线圈组成，当交流电通过初级线圈时，会产生交变磁场， 这个磁场会感应到次级线圈，从而在次级线圈中产生电流。通过改变初级和次级 线圈的匝数比，可以实现对电压的变换。
ห้องสมุดไป่ตู้
3、计算线圈参数
线圈是实现电压和电流变换的关键部分，需要根据设计目标计算出线圈的匝 数、线径、绝缘层厚度等参数。此外，还需要进行线圈的热设计，确保在额定负 荷下线圈的温度不超过允许值。
4、设计线圈骨架与绝缘层
根据线圈的参数，设计合适的线圈骨架和绝缘层。线圈骨架一般采用层叠式 结构，可以增加线圈的机械强度和热稳定性。绝缘层一般采用聚酰亚胺薄膜或聚 四氟乙烯薄膜等材料，可以防止匝间短路和漏电现象的发生。
1、明确设计目标
在设计高压高频变压器之前，首先要明确设计目标，包括电压变换比、工作 频率、最大负荷电流、体积大小等。
2、选择合适的磁芯材料和结构
磁芯是高压高频变压器的核心部件，其材料和结构对变压器的性能有着重要 影响。因此，要根据设计目标选择合适的磁芯材料和结构。常用的磁芯材料包括 铁氧体、坡莫合金等，结构形式有E型、罐型、环型等。
如何设计高频变压器
如何设计高频变压器随着现代电子技术的不断发展和应用，高频变压器在电子设备中扮演着重要的角色。
它是一种将交流电能从一种电压转换为另一种电压的装置。
本文将介绍如何设计高频变压器，包括选材、线圈设计等方面。
1. 选材在设计高频变压器时，选材是十分重要的一环。
首先，需要选择合适的铁芯材料。
铁芯材料的选择应考虑其磁导率、饱和磁感应强度和磁滞损耗等因素。
常见的铁芯材料有硅钢片、铁氧体等。
硅钢片具有低磁滞和低损耗的特点，适用于高频变压器。
其次，选用合适的绝缘材料，以确保电流不会产生泄露。
2. 线圈设计线圈是高频变压器中十分重要且复杂的组成部分。
在线圈设计时，需要考虑以下几个方面。
2.1 匝数计算高频变压器的输出电压与输入电压之间的比值取决于线圈匝数的比值。
因此，首先需要计算出所需的匝数比例。
匝数的选择也要考虑线圈的尺寸和结构。
2.2 线径选择线径的选择对线圈的电流承载能力和电阻有着重要影响。
通常情况下，高频变压器要求线圈电阻较小，因此选择较细的线径有利于减小电阻。
2.3 绝缘设计由于高频变压器在工作时会产生较高的电压，因此对线圈的绝缘设计尤为重要。
合适的绝缘材料和合理的绝缘结构可以确保线圈工作安全可靠。
3. 磁路设计磁路设计是高频变压器设计过程中的关键环节。
合理的磁路设计可以提高能量传输效率和减少能量损耗。
3.1 磁路长度磁路长度的选择对变压器磁感应强度和损耗有着重要影响。
通常情况下，较短的磁路长度有利于提高磁通密度和减小损耗。
3.2 磁路饱和磁路的饱和状态会导致能量损耗和变压器效率的降低。
因此，在设计过程中应合理选择铁芯的截面积和材料以避免饱和。
4. 温度控制高频变压器在工作过程中会产生一定的热量，因此需要进行有效的温度控制。
合适的散热设计和温度监测可以确保变压器的稳定工作。
综上所述，设计高频变压器需要考虑各种因素，包括选材、线圈设计、磁路设计和温度控制等。
只有综合考虑这些因素，并根据具体应用需求加以调整，才能得到高性能和高效率的高频变压器。
高频变压器设计
高频变压器设计
设计高频变压器需要考虑以下几个方面：
1. 选择合适的磁性材料：高频变压器需要使用高效的磁性材料，如铁氧体材料或软磁合金材料。
这些材料能够有效地吸收和传导高频电磁场。
2. 选择合适的线圈和绕组设计：高频变压器的线圈和绕组需要采用低电阻、低损耗的材料，并且绕组需要紧密结合，以减小电流的涡流损耗。
3. 根据设计要求确定变压器的参数：根据设计要求，确定变压器的输入电压、输出电压、功率等参数，以及变压器的工作频率，从而确定变压器的结构和尺寸。
4. 进行磁路设计：根据变压器的磁路特性，设计合适的磁路结构，包括铁芯的形状和尺寸，以及绕组的位置和布局。
5. 进行磁路和电路的仿真和优化：使用电磁仿真软件，对变压器的磁路和电路进行仿真和优化，以改善变压器的性能。
6. 进行变压器的制造和组装：根据设计要求，制造和组装变压器，包括绕线、绝缘、封装等步骤。
同时，对制造过程进行严格的控制和测试，以保证变压器的质量和性能。
7. 进行变压器的测试和调试：对制造好的变压器进行测试和调试，包括输出电压和功率的测试，以及变压器的效率和稳定性等性能的评估。
总之，设计高频变压器需要综合考虑磁性材料、线圈和绕组、磁路结构、电路仿真和优化等多个因素，以满足设计要求并提高变压器的性能。
高频变压器设计 (2)
高频变压器设计引言高频变压器是在高频电路中广泛使用的一种电子元件，它能够将电能从一个电路传递到另一个电路，同时改变电压的大小。
高频变压器在电力转换、通信设备、医疗设备等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍高频变压器的基本概念、工作原理和设计要点。
基本概念变压器的定义变压器是一种互感器，它是由两个或多个线圈（即初级线圈和次级线圈）共享同一个磁场而构成。
通过改变初级线圈与次级线圈的匝数比，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
高频变压器的特点高频变压器与低频变压器相比，具有以下特点： 1. 工作频率高：高频变压器的工作频率通常在几十kHz至上百MHz之间，远高于50Hz的低频变压器。
2. 体积小：由于高频变压器的工作频率高，变压器的尺寸可以大大缩小，适用于紧凑型电子设备的应用。
3. 能量损耗大：由于高频变压器的工作频率高，导致变压器在传递电能过程中会发生更多的损耗，需要合理设计以降低能量损失。
4. 绝缘要求高：高频变压器中由于电磁感应作用，会产生高峰值的电压，对变压器的绝缘要求较高。
工作原理高频变压器的工作原理与低频变压器类似，都是基于电磁感应原理。
当交流电流通过初级线圈时，会在铁芯内产生一个交变磁场。
这个交变磁场通过铁芯传递到次级线圈中，从而诱导出次级线圈中的交流电流。
设计要点1. 确定变压器的需求在设计高频变压器之前，首先需要确定变压器的输入电压、输出电压和功率等需求。
根据这些需求来选择合适的铁芯材料和线圈匝数比。
2. 选择合适的铁芯材料铁芯材料在高频变压器设计中起着至关重要的作用。
常见的铁芯材料有铁氧体、磁性不良合金等。
选择合适的铁芯材料可以降低能量损耗，提高变压器的效率。
3. 计算线圈匝数比线圈匝数比的确定对于高频变压器的设计也是非常重要的。
通过合理的线圈匝数比，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
4. 考虑绝缘问题由于高频变压器中存在较高峰值的电压，对于绝缘性能的要求也较高。
合理的绝缘设计可以确保变压器的安全性和稳定性。
高频高压变压器设计
IGBT大功率高频高压开关电源变压器的研制栾松张海峰(辽宁大连大连电子研究所 116021)摘要：主要分析了高频高压变压器的等效电路和研制难点，提出了设计方案。
关键词：开关器件微晶体在国外，70年代开始，日本的一些公司开始采用开关电源技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压，从而减小变压器体积和重量。
进入80年代，高压开关电源技术迅速发展。
德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kH:以上。
使变压器系统的体积进一步减小。
近十年来，随着电力电子技术的进步和开关器件的发展，高压开关电源技术不断发展。
突出的表现是频率在不断提高，如德国的霍夫曼公司高压发生器频率高达40kHz。
另外，高压开关电源的功率也在不断地提高，30kW的大功率高压开关电源在产品上己很成熟，更高功率的高压开关电源也有很快的发展。
可以看出，高压开关电源的发展的主要趋势是:①频率不断提高，②功率不断增加。
我国自90年代初开始对高频化的高压大功率开关电源技术进行研究，静电除尘高压直流电源也实现了高频化，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压，在电阻负载条件下，输出直流电压达到72kV，电流达到0.8A，工作频率为20kHz。
因此，高频高压变压器研制是高压开关电源重点。
一、高频高压变压器的等效电路图1（a）图1（b）图1（c）图1高频高压变压器的等效电路图1(a)为变压器等效电感模型，励磁电感Lm 很大，并且与原边绕组并联，因此可以忽略副边的漏感L2折合到原边值，L2和原边的漏感Ll的和为变压器的等效漏感Ls。
图1(b)为变压器分布电容的等效模型，Clg为原边匝间及对地电容;C2g为副边匝间及对地电容;C2为副边各层间电容;C12原副边间电容。
在各分布电容中，C2g较其它分布电容都小，可以忽略;Clg C12和C2的电容值大约为10-100pF，而C2折合到原边后则比Clg和C12大得多，因此Clg和C12可以忽略，在各分布电容中C2起着主导作用，将其折合到原边，可以得到变压器的等效电路模型图1(c)，它由等效漏感Ls，等效电容Cp和理想变压器组成。
高频变压器的设计与制造研究
高频变压器的设计与制造研究随着科技的发展和应用领域的扩大，高频变压器的需求也越来越大。
高频变压器广泛应用于电子设备、通信系统、能源转换和照明等领域，对其设计和制造的研究也越来越深入。
本文将探讨高频变压器的设计原理、制造工艺以及一些常见的优化方法。
一、高频变压器的设计原理高频变压器是一种能够将电能从一个电路传输到另一个电路的电气装置。
它由两个或多个绕组组成，通过磁性耦合将输入电压转换为所需的输出电压。
在高频电路中，由于信号频率较高，电感和电容的阻抗非常低，因此高频变压器需要采取一些特殊的设计原则。
首先，高频变压器的绕组应该采用低电阻、低电感的线材。
这样可以降低电阻和电感对高频信号的影响，减小能量损耗。
其次，高频变压器的铁芯材料要具有高导磁率和低损耗特性。
高导磁率可以提高变压器的能量转换效率，低损耗特性可以减少能量的损耗。
目前常用的铁芯材料有硅钢片、铁氧体和磁铁等。
另外，高频变压器的设计还需要考虑磁通分布的均匀性。
在设计过程中，可以采用空气间隙、屏蔽罩和磁剖面控制技术来改善磁通的均匀性，并减小漏磁损耗。
二、高频变压器的制造工艺高频变压器的制造工艺对其性能和使用寿命起着至关重要的作用。
下面介绍一些常见的制造工艺。
首先，绕线工艺。
高频变压器的绕线需要采用特殊的工艺，并使用绝缘材料进行绝缘处理。
绝缘材料可以防止绕线之间以及绕线与铁芯之间的电气短路，并提高变压器的耐电压能力。
其次，封装工艺。
高频变压器的绕线需要进行良好的封装，以防止环境因素对其性能的影响。
目前常用的封装材料有环氧树脂、氟塑料等，这些材料具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
另外，测试工艺。
高频变压器在制造过程中需要进行一些必要的测试，以验证其性能和质量。
常见的测试项目包括耐压测试、电感测试和额定功率测试等。
这些测试可以保证高频变压器的安全可靠运行。
三、高频变压器的优化方法针对高频变压器在设计和制造过程中可能存在的问题，我们可以采取一些优化方法来改进其性能和效果。
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高频变压器的设计与实验研究刘修泉1，曾昭瑞2，黄平2（1．广州番禺职业技术学院，广东广州511483；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640）摘要：给出了感应电能传输系统高频变压器的设计方法，并进行了实验和分析。
关键词：高频变压器；感应电能传输；损耗；温升中图分类号：TM402文献标识码：B文章编号：1001－8425（2009）03－0013－04Design and Experimental Research of HF TransformerLIU Xiu 蛳quan 1,ZENG Zhao 蛳rui 2,HUANG Ping 2（1．Guangzhou Panyu Polytechnic,Guangzhou 511483,China;2．South China University of Technology,Guangzhou 510640,China ）Abstract ：The design method of HF transformer for inductive electric energy transmission system is presented．The experiment and analysis are made．Key words ：HF transformer ；Inductive electric energy transmission ；Loss ；Temperature rise基金项目：广州市科技攻关项目（2005Z3－E0341）1引言移动机电设备，如电力机车和城市电车等，其传统供电方式一般为滑动接触方式，存在磨损和电火花等一系列问题。
由此一种新的能量供应方式感应电能传输被提出来。
感应电能传输系统可以无接触供电，消除了传统接触供电的安全隐患，提高了系统供电的灵活性[1]。
感应电能传输系统主要是利用变压器来传递能量，利用耦合式电磁感应原理，电磁耦合结构相当于一个分离变压器，即变压器初级和次级绕组是分离的，存在空隙的。
工频交流电经整流且逆变成高频交流电提供给初级绕组，根据电磁感应定律，次级绕组两端产生高频的感应电动势，经过整流和稳压等环节之后，为用电负载供应电能，实现电能传输。
感应电能传输系统变压器初、次级绕组的频率很高，其绕组参数受频率影响很大，电感和电阻均随着频率变化而变化，电感变化一般很小，但电阻变化很大，称为交流电阻，是直流电阻的几倍、几十倍甚至更大[2，3]。
因此，高频变压器设计是感应电能传输系统的核心。
笔者介绍了高频变压器设计中主要考虑的因素，根据面积法给出了设计高频变压器的一般方法，并对其进行了实验和分析。
2高频变压器设计中考虑的因素在高频变压器的设计中，对铁心有以下要求：（1）高的饱和磁通密度或高的振幅磁导率。
（2）在工作频率范围有低的铁心总损耗。
软磁铁氧体满足上述要求，因此高频变压器铁心选择铁氧体PC30。
但是在设计中必须考虑铁心损耗、绕组损耗和温升等问题，才能获得高效的系统。
2．1铁心损耗铁心损耗取决于磁感应增量、频率和温度，在这里忽略温度的影响。
软磁铁氧体铁心总损耗通常由三部分构成：磁滞损耗P h 、涡流损耗P e 和剩余损耗P r 。
每种损耗产生的频率范围是不同的。
但是铁心总损耗为[4]：P coreless ＝K p V core f m B n（1）式中K p ———铁心损耗系数，忽略温度变化时为常数第46卷第3期2009年3月TRANSFORMERVol．46March No．32009第46卷＝A （X )＋n 2－13＝B （X )（2）式中n ———绕组层数X ＝h δ式中h ———等效铜带的厚度δ———集肤深度δ＝2σμ0ω姨式中σ———铜电导率μ0———空气磁导率ω———角频率，ω＝2πf A （X ）＝X e 2X －e －2X ＋2sin(2X )e 2X ＋e －2X －2cos(2X )B （X ）＝2X e X －e －2X－2sin(X )e X ＋e －X ＋2cos(X )变压器绕组损耗为：P cu ＝I 12R 1＋I 22R 2＝I 12F R1R d1＋I 22F R2R d2（3）式中R 1，R 2———分别是初、次级绕组的交流电阻I 1，I 2———分别是初级和次级绕组的电流有效值F R1、F R2———分别是初、次级绕组交流电阻与直流电阻的比值2．3温升高频变压器的温升影响系统的工作状态和输出功率。
损耗包括铁心损耗和绕组损耗，温升与能量损耗一般成正比关系，即：ΔT ＝R th P（4）式中R th ———比例常数，即热阻ΔT ———温升P ———损耗功率从式（4）可知，为了降低温升，必须减少能量的损耗。
而能量的损耗又直接与铁心损耗和绕组损耗有关，因此在设计中必须考虑降低它们的损耗量。
3高频变压器的设计变压器铁心的设计方法一般有面积乘积法（AP ）和铁心几何参数法。
这里选用AP 面积法，其普遍应用的选心方程为[6]：AP ＝11．1P 1．32IN（5）式中ΔB ———磁感应增量，约为0．15T～0．2Tf ———变压器的工作频率其中，K ＝K t K u K p式中K u ———窗口利用系数，K u ＝A w ′／A wK p ———初级绕组面积系数，K p ＝A p ／A w ′K t ———拓扑系数根据文献[5]，取K u ＝0．4、K p ＝0．5、K t ＝0．71，则可得K ＝0．141。
V e 与热阻的经验公式R th ＝61V 0．54e和V e 与AP 的经验关系V e ＝5．7×（AP ）0．68，可得：V e ＝29．3×P 0．9IN··（6）由此可以快速选择铁心，查出铁心有效截面积和面积乘积等。
另外，初级绕组匝数按下式计算：N p ＝V p f w e（7）式中K f ———波形系数，有效值与平均值之比，正弦波时为4．44，方波时为4．0A e ———铁心有效截面积B w ———工作磁通密度f ———工作频率根据变压器匝数比N 可求出次级绕组匝数：N s ＝N p N ＝N p·V sV p （8）初、次级绕组导线截面积的选择：S p ＝I p S s ＝I s 姨姨姨姨姨（9）式中J ———电流密度，一般取300A ／cm 2I ———电流，下标p 和s 分别表示初级和次级参数为了计算绕组损耗，需要考虑高频下集肤效应的影响。
导线应该选用多股导线并绕，这样铜导体的集肤深度表达式为[7]：δ＝66．1×[1＋0．0042(T －20)]f姨（10）14刘修泉、曾昭瑞、黄平：高频变压器的设计与实验研究第3期式中T ———绕组温度根据以上公式，选用E60的铁心，最后计算结果如表1所示。
4实验与分析高频变压器的实验系统如图1所示。
WL3866B 宽带大功率信号源的输入电源是工频交流电，可以输出8kHz～1MHz 高频正弦交流电，最大功率可达100W 。
电流、电压和输入功率均可由WL258功耗仪测量。
负载电压采用IVT－321毫伏表测量，这样可以求出负载电阻、电流和功率。
4．1交流电阻采用高频精密LCR 数字电桥（YD2817A ），初、次级绕组的交流电阻可以直接测量，电阻与频率的实验和计算结果如表2所示。
在频率较低的情况下，交流电阻与直流电阻差别不大，可以用直流电阻来代替交流电阻，计算采用直流电阻模型，计算值和实验值几乎很接近。
但在频率较高的时候，交流电阻就急剧增加，在100kHz 时，交流电阻实验值约为1．61Ω，约为直流电阻的5．68倍，计算值和实验值误差相对来说较大些，这可能与实际绕组绕线紧密程度等有关。
4．2功率损耗与温度关系变压器次级绕组短路，初级绕组提供高频电压，测试功率为变压器的功率损耗，也就是绕组损耗和铁心损耗之和。
变压器的功率损耗与温升的计算值和测量值如图2所示。
随着功耗的增加，温升也随着增加，近似正比关系，只是测量值比计算值要小，但是反映的趋势是基本一致的。
4．3系统输出功率、传输效率与负载的关系系统输出功率和传输效率随负载的变化情况如图3和图4所示。
从图3和图4中可知，在额定负载76Ω时，系统输出功率达到最大值，系统传输效率表1参数计算结果Table 1Calculated data of parameters参数名称数值电源电压V ／V 5频率k ／kHz 100初级绕组匝数n 1／匝40次级绕组匝数n 2／匝30负载电阻R ／Ω76气隙h ／mm 10集肤深度δ／mm 0．2导线直径d ／mm 0．3注：导线直径d ＜2δ。
VAVW220V 50Hz WL3866B 宽带大功率信号源I V T －321毫伏表负载电阻补偿电容高频变压器WL258功耗仪补偿电容图1高频变压器实验系统Fig．1Experimental system of HF transformer频率／Hz 初级绕组电阻／Ω次级绕组电阻／Ω实验值计算值误差／％实验值计算值误差／％直流0．2820．283—0．2170．218—1000．2830．283—0．2170．218—1k 0．2850．283—0．2190．218—10k 0．2940．3063．90．2400．2483．2100k1．611．768．51．231．369．5表2交流电阻与频率的关系Table 2Relation between AC resistance and frequency0．50．40．30．20．10．0273．5274．0274．5275．0275．5276．0测量值计算值功率损耗／W温升／K图2功率损耗与绕组温升的关系Fig．2Relation between power loss and windingtemperature rise1008060402000．20．30．40．5输出功率／W负载／Ω输出功率图3系统输出功率与负载的关系Fig．3Relation between system output power and load15第46卷收稿日期：2007－09－21作者简介：刘修泉（1973－），男，湖北阳新人，广州番禺职业技术学院讲师，研究方向为生物微机电系统和感应能量传输研究；曾昭瑞（1979－），男，江西吉安人，华南理工大学机械与汽车工程学院硕士生，研究方向为生物微机电系统；黄平（1957－），男，黑龙江齐齐哈尔人，华南理工大学机械与汽车工程学院教授，研究方向为微机电系统。
也达到最大值，当负载偏离额定负载时，系统输出功率和传输效率均下降，所以负载最好在额定负载附近范围内工作。
4．4系统功率与工作频率的关系系统输入功率和输出功率随系统工作频率的变化情况如图5所示。