高频变压器设计原理
高速变压器工作原理
高速变压器工作原理高速变压器的工作原理变压器是一种利用电磁感应原理进行电压和电流转换的静止电气设备。
高速变压器专门用于在高频下运行，通常用于开关电源、高频照明和通信系统中。
工作原理高速变压器的基本工作原理与传统低频变压器类似。
它由两个或多个绕在同一铁芯上的线圈组成：初级线圈：接收来自电源的输入电压和电流信号。
次级线圈：感应出与初级线圈成比例的输出电压和电流信号。
当交流电通过初级线圈时，它会在铁芯中产生交变磁场。
由于铁芯的高导磁性，它充当磁通量的有效导体，将磁通量引导到次级线圈。
次级线圈与初级线圈磁耦合，因此铁芯中的磁通量变化会在次级线圈中感应出电压。
次级线圈上感应出的电压与初级线圈上的输入电压成正比，电压比由线圈匝数比决定。
高频下的特性高速变压器在高频下工作时有几个独特的特性：损耗降低：涡流损耗和磁滞损耗在高频下会显著增加。
为了减轻这些损耗，高速变压器通常使用铁氧体或纳米晶体等低损耗磁芯材料。
分布电容：线圈匝之间的寄生电容在高频下变得更加明显。
这会影响变压器的频率响应和效率。
为了减小分布电容的影响，高速变压器使用特殊绕线技术和分层线圈结构。
皮肤效应：高频下交流电趋于沿着导体的表面流动。
这被称为皮肤效应。
为了减轻皮肤效应，高速变压器使用特殊导体结构，如Litz线或铜箔。
应用高速变压器广泛应用于各种高频应用中，包括：开关电源：用于将交流电转换为直流电，为电子设备供电。
高频照明：用于为高频照明设备（如荧光灯和LED灯）供电。
通信系统：用于耦合和隔离不同射频频段的信号。
设计注意事项高速变压器设计涉及以下几个关键因素：铁芯材料：选择合适的铁芯材料以实现所需的损耗和磁通量密度。
绕线技术：优化线圈绕线以减小分布电容和皮肤效应。
散热：考虑损耗产生的热量，并设计适当的散热措施。
绝缘：确保变压器绝缘可靠，以防止匝间短路和泄漏电流。
结论高速变压器通过电磁感应原理在高频下实现电压和电流转换。
它们在开关电源、高频照明和通信系统中发挥着至关重要的作用。
开关电源高频变压器工作原理
开关电源高频变压器工作原理开关电源是一种常见的电源类型，它通过高频变压器来实现电能的转换和稳定输出。
本文将介绍开关电源高频变压器的工作原理。
开关电源的基本组成包括输入滤波电路、整流电路、功率变换电路和输出滤波电路。
其中，高频变压器是功率变换电路中的重要组成部分。
高频变压器由铁芯和绕组构成。
铁芯是由软磁材料制成的，能够有效地传导和集中磁场。
绕组则由导线绕制而成，通常分为输入绕组和输出绕组。
在工作时，开关电源的输入电压经过输入滤波电路进行滤波处理，然后进入整流电路。
整流电路将交流电转换为直流电，并通过功率变换电路进行变压和变换。
功率变换电路包括一个或多个功率开关器件，如晶体管或MOSFET。
当功率开关器件导通时，输入电压施加在输入绕组上，产生磁场。
磁场的变化会引起输出绕组中的电压变化，从而实现变压和变换。
当功率开关器件关断时，输入电压消失，磁场也消失。
这样，输出绕组中的电压也会发生变化。
高频变压器的工作原理主要依赖于电磁感应现象。
当输入绕组中的电流变化时，会产生变化的磁场。
根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会诱导出输出绕组中的电动势。
根据电磁感应定律，电动势的大小与磁场变化的速率成正比。
在开关电源中，频率较高的开关操作使得输入电流的变化速率很大，从而增大了磁场变化的速率。
这样，输出绕组中诱导出的电动势也会增大。
通过合理设计高频变压器的铁芯和绕组参数，可以实现电压的升降和输出功率的稳定。
高频变压器的设计需要考虑多个因素，如输入电压、输出电压、输出功率、工作频率等。
合理的设计可以提高开关电源的效率和稳定性。
高频变压器是开关电源中的关键组成部分，它利用电磁感应现象实现电能的转换和稳定输出。
通过合理设计和优化，可以提高开关电源的性能和可靠性，满足不同应用领域的需求。
高频变压器每伏匝数表
高频变压器每伏匝数表一、引言高频变压器是一种常用的电气设备，用于将一个电压转换为另一个电压，同时保持功率不变。
在设计高频变压器时，每伏匝数表是非常重要的参考工具。
本文将详细探讨高频变压器每伏匝数表的相关内容。
二、高频变压器的基本原理高频变压器是由一个或多个密绕在磁性芯上的线圈组成。
当通过一个线圈中的电流发生变化时，就会在另一个线圈中产生感应电势。
这种原理被称为电磁感应。
三、高频变压器的每伏匝数高频变压器的每伏匝数是一个重要的参数，用于描述电压与匝数之间的比例关系。
每伏匝数越大，将产生更高的电压。
在设计高频变压器时，了解和计算每伏匝数至关重要。
3.1 计算每伏匝数的公式高频变压器的每伏匝数可以通过以下公式计算：每伏匝数 = 匝数 / 电压3.2 高频变压器设计中的考虑因素在确定高频变压器的每伏匝数时，需要考虑以下因素：1.额定功率：高频变压器需要能够传输一定的功率，因此每伏匝数应根据额定功率进行选择。
2.磁性芯材料：磁性芯材料的选取对高频变压器性能有很大影响。
不同的材料具有不同的磁导率和矫顽力，这将直接影响每伏匝数的选择。
3.电流密度：在高频变压器中，电流密度是一个重要的设计考虑因素。
较高的电流密度将导致更高的温升和损耗，因此需要在设计中进行权衡。
四、高频变压器每伏匝数表的作用高频变压器每伏匝数表是一个简单却强大的工具，用于帮助工程师在设计高频变压器时进行快速准确的计算。
在每伏匝数表中，可以根据不同的电压和匝数，找到相应的每伏匝数值。
4.1 操作步骤使用高频变压器每伏匝数表时，可以按照以下步骤进行操作：1.确定所需的变压器输入电压和输出电压。
2.在每伏匝数表的电压列中找到输入电压的数值。
3.在每伏匝数表的匝数列中找到输出电压的数值。
4.交叉对应这两个数值，即可找到每伏匝数的值。
4.2 优势和应用高频变压器每伏匝数表的优势在于提供了一个简单且直观的工具，可以帮助工程师快速计算变压器的设计参数。
它在电气工程领域中得到广泛应用，特别是在高频电路和电子设备设计中。
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。
高频变压器培训教材
高频变压器培训教材一、变压器基础知识1.变压器的定义：变压器是一种利用电磁感应原理将交流电压、电流转换成另一数值电压、电流的电气设备。
2.变压器的组成：包括铁芯、绕组、绝缘材料等部分。
二、电磁感应原理1.法拉第电磁感应定律：当一个导线在磁场中做切割磁感线运动时，会在导线中产生感应电动势。
2.变压器的工作原理：基于电磁感应原理，通过改变铁芯中的磁通量，在绕组中产生感应电动势和电流。
三、变压器设计原理1.变压器的设计目标：实现电压、电流、阻抗的转换，满足特定应用需求。
2.变压器的设计参数：包括输入输出电压、电流，阻抗匹配，效率等。
四、绕组设计及制作方法1.绕组材料选择：根据工作频率、电流大小等因素选择合适的导线材料。
2.绕组结构：单层绕组、多层绕组、纠结绕组等。
3.绕组制作工艺：包括绕线、绝缘处理、引出线制作等步骤。
五、磁芯选择及设计原则1.磁芯材料：根据工作频率、磁通密度等因素选择合适的磁芯材料。
2.磁芯结构：包括E型、I型、罐型等结构。
3.磁芯设计原则：保证磁通量最大化，减小损耗，提高效率。
六、绝缘处理与安全操作规程1.绝缘材料选择：选择合适的绝缘材料，保证变压器正常工作且安全可靠。
2.绝缘处理方法：浸渍绝缘漆、绕包绝缘材料等。
3.安全操作规程：包括操作流程、注意事项、异常情况处理等。
七、性能测试与评估方法1.性能测试项目：包括电压比测试、电流比测试、绝缘电阻测试等。
2.评估方法：通过对比实验数据与设计目标，评估变压器的性能指标。
八、常见故障及维护方法1.常见故障：包括绕组短路、磁芯松动、绝缘损坏等。
2.维护方法：定期检查、清洁、紧固各部件，及时更换损坏的部件。
九、应用案例及设计实例1.应用案例：列举高频变压器在不同领域的应用案例，如通信、电力电子等。
2.设计实例：提供高频变压器设计实例，包括参数设定、结构选择等详细信息。
高频变压器的原理
高频变压器的原理
高频变压器是一种将高频交流电能转化为不同电压的装置。
它由一个或多个线圈组成，主要包括一个主线圈（也称为原线圈或一次线圈）和一个副线圈（也称为次级线圈或二次线圈）。
在高频变压器中，主线圈通常是由大直径的导线绕成圈，而副线圈由细丝绕成。
当高频交变电压通过主线圈时，会在主线圈中产生一个变化的磁场。
这个变化的磁场会穿透到副线圈中，导致副线圈中的电流产生变化。
由于副线圈的绕组方式和主线圈不同，因此副线圈中的电流和电压会有不同的改变。
这样，高频变压器就实现了输出不同的电压。
高频变压器的工作原理涉及到电磁感应和电压的变化。
当高频交流电通过主线圈时，高频的交变电流会产生一个交变磁场。
这个交变磁场会导致主线圈和副线圈之间产生电磁感应现象。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量的变化率发生变化时，会在导线中产生感应电动势。
在高频变压器中，这个变化的磁通量会产生变化的电动势，从而导致副线圈中的电流和电压发生变化。
除了电磁感应原理，高频变压器还涉及到传输功率和磁耦合。
传输功率是指输入和输出之间的电能转化，通过磁耦合实现。
当主线圈中的电流产生变化时，会在主线圈和副线圈之间产生磁场耦合。
这种耦合会导致主线圈中的能量传输到副线圈中，从而实现功率的传递。
总之，高频变压器通过电磁感应和磁耦合的原理，将高频交流
电能转化为不同的电压。
这种装置在许多电子设备中广泛应用，例如无线通信、电源适配器和放大器等。
工程师讲解：高频平板变压器的设计原理及存在问题
工程师讲解：高频平板变压器的设计原理及存在问题
1引言
变压器一直是电源设备和装置，缩小体积、提高功率密度、实现模块化的一只拦路虎。
虽然高频变换技术引入电源后，可以甩掉体积庞大的工频变压器，但还需使用铁氧体磁芯的高频变压器。
铁氧体磁芯高频变压器的体积虽比工频变压器小，但离开模块化的要求还相差很远。
它不但体积还嫌大，而且它的发热量，漏电感都不小。
因此近几年来，许多专家、学者、工程师一直在研究解决这个问题的办法。
高频平板变压器的研制开发成功，就使变压器技术发生一个飞跃。
它不但能使变压器的体积缩小很多，而且还能使变压器内部的温升很低、漏电感很小，效率可做到99.6%，成本比一般同功率的变压器低一半。
它可用于单端正、反激，半桥，全桥和推挽变换器中作
AC/DC和DC/DC变换器用。
它对低电压、大电流的变换器特别适用。
所以用它来做当代计算机电源特别合适。
2运行在高频情况下常规变换变压器存在的问题
(1)漏电感(简称漏感)
理想的变压器(完全耦合的变压器)原边绕组产生的磁通应全部穿过副边绕组，没有任何损失和泄漏。
但实际上常规的变换变压器不可能实现没有任何损失和泄漏。
原边绕组产生的磁通不可能全部穿过副边绕组。
非耦合部分磁通就在绕组或导体中有它自己的电感，存贮在这个“电感”中的能量不和主功率变压器电路相耦合。
这种电感我们称之为“漏感”。
理想变换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁干扰(EMI)而需要很紧的电磁耦合以减小漏感的要求，是相互矛盾的。
当变压器不通电(转向脱离电源或开关处于关断期间)时，漏感存贮的能量。
高频变压器工作原理及用途
高频变压器工作原理及用途简介就是作为开关电源最主要得组成部分。
开关电源中得拓扑结构有很多。
比如半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生10０kHz得高频脉冲波,然后通过高频变压器进行变压,输出交流电,高频变压器各个绕组线圈得匝数比例则决定了输出电压得多少。
典型得半桥式变压电路中最为显眼得就是三只高频变压器:主变压器、驱动变压器与辅助变压器(待机变压器),每种变压器在国家规定中都有各自得衡量标准,比如主变压器，只要就是200W以上得电源，其磁芯直径(高度)就不得小于35mm。
而辅助变压器,在电源功率不超过３00W时其磁芯直径达到1６mm就够了。
工作原理变压器就是变换交流电压、电流与阻抗得器件,当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压（或电流)。
变压器由铁芯（或磁芯)与线圈组成，线圈有两个或两个以上得绕组,其中接电源得绕组叫初级线圈，其余得绕组叫次级线圈。
用途高频变压器就是工作频率超过中频(10kHz)得电源变压器,主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源与高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器得。
按工作频率高低,可分为几个档次：1０kHz- 50kＨz、50kHｚ-10０ｋＨz、10０kHz～５00kHz、500kHｚ～1MHz、１ＭHz以上。
传送功率比较大得情况下,功率器件一般采用 IGBT,由于ＩGBＴ存在关断电流拖尾现象,所以工作频率比较低;传送功率比较小得,可以采用MＯSFET,工作频率就比较高。
制造工艺高频变压器得制造工艺要点一。
绕线A 确定ＢOＢBＩN得参数B 所有绕线要求平整不重叠为原则C 单组绕线以单色线即可,双组绕线必需以双色线或开线浸锡来分脚位,以免绕错D 横跨线必需贴胶带隔离1、疏绕完全均匀疏开2、密绕排线均匀紧密3、线圈两边与绕线槽边缘保持足够得安全距离A,Ｂ4、套管长度必须足够，一端伸入绕线管得安全胶带以内,另一端伸出ＢOBBIN上沿面，但不得靠近PIN５、最外层胶带切割在铁芯组合面,切割处必须被铁芯覆盖。
高频变压器原理
高频变压器原理导读：变压器相信大家都很熟悉了，那么高频变压器的频率到底有多高呢?下面就让我们一起学习一下高频变压器及其原理吧。
1.高频变压器原理--简介高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分,高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。
它是工作频率超过中频的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器。
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。
这样，既有工作频率的差别，又有传送功率的差别，工作频率不同档次的电源变压器设计方法不一样，也应当是不言而喻的。
2.高频变压器原理--工作原理高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。
开关电源一般采用半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行降压，输出低电压的交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。
高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。
这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。
因此，工作频率为100khz左右的高频电源变压器，没有特殊原因是不会产生20khz以下音频噪声的。
3.高频变压器原理--设计原理在高频变压器设计时，变压器的漏感和分布电容必须减至最小，因为开关电源中高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。
在传输的瞬变过程中，漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压，以及顶部振荡，造成损耗增加。
通常变压器的漏感，控制为初级电感量的1%～3%。
初级线圈的漏感----变压器的漏感是由于初级线圈和次级线圈之间，层与层之间，匝与匝之间磁通没有完全耦合而造成的。
分布电容----变压器绕组线匝之间，同一绕组的上、下层之间，不同绕组之间，绕组与屏蔽层之间形成的电容称为分布电容。
初级绕组----初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。
高频变压器工作原理
高频变压器工作原理
高频变压器是一种将电能通过高频信号进行转换的电力设备。
它主要由铁芯、一对或多对线圈绕制而成。
在高频变压器中，电源产生高频信号后，通过输入线圈传入铁芯中。
铁芯是通过充磁过程将高频电能转换成磁能的关键部分。
磁能在铁芯中形成磁通，然后经过铁芯的磁通阻抗传递给输出线圈。
输出线圈在接收到磁通后，将其转化为电能输出。
根据高频变压器的设计和使用需求，输出线圈可以是多对绕制的。
此外，为了提高能量转移的效率，线圈之间通常采用更紧密的绕制。
高频变压器的工作原理基于磁感应定律和法拉第电磁感应定律。
通过改变输入线圈中的电流强度和频率，可以控制磁通的大小和方向，进而实现电能的转换。
高频变压器具有体积小、功率密度高、效率高等特点，广泛应用于电子设备、通信设备、变频器、逆变器等领域。
它在电力传输和能量转换中起着至关重要的作用。
高频变压器磁场屏蔽原理
高频变压器磁场屏蔽原理
高频变压器磁场屏蔽原理：
高频变压器是一种用于变换电压和电流的电气设备，通常用于电子设备中的电
源转换和信号传输。
在高频变压器中，磁场的屏蔽是非常重要的，因为磁场的泄漏会对周围的电路和设备产生干扰和影响。
磁场屏蔽的原理是通过使用屏蔽材料或结构来减少或阻止磁场的扩散和泄漏。
常用的磁场屏蔽材料包括铁氧体、铁氧体磁石、铁氧体软磁材料等。
这些材料具有良好的磁导磁性能，能够吸收和导引磁场，从而减少磁场的泄漏。
除了屏蔽材料，磁场屏蔽的结构设计也非常重要。
常见的磁场屏蔽结构包括磁
屏蔽罩、磁屏蔽罩和磁屏蔽壁等。
这些结构能够有效地阻止磁场的扩散和泄漏，保护周围的电路和设备不受磁场干扰。
在高频变压器中，磁场屏蔽的设计和制造是非常重要的。
通过合理的选择屏蔽
材料和结构设计，可以有效地减少磁场的泄漏，提高变压器的性能和稳定性。
同时，磁场屏蔽也能够减少电磁干扰，保护设备和人员的安全。
总的来说，磁场屏蔽是高频变压器设计中的重要环节，对于提高设备的性能和
可靠性具有重要意义。
通过合理的屏蔽设计和制造，可以有效地减少磁场的泄漏，保护周围的电路和设备，确保设备的正常运行和稳定性。
推挽式高频变压器设计
供一．电磁学计算公式推导：1．磁通量与磁通密度相关公式：Ф = B * S⑴Ф ----- 磁通(韦伯)B ----- 磁通密度(韦伯每平方米或高斯) 1韦伯每平方米=104高斯S ----- 磁路的截面积(平方米)磁通密度磁通密度是磁感应强度的一个别名。
垂直穿过单位面积的磁力线叫做磁通量密度，简称磁通密度，测量主机侧板底部磁通密度它从数量上反映磁力线的疏密程度。
磁场的强弱通常用磁感应强度“Ｂ”来表示，哪里磁场越强，哪里Ｂ的数值越大，磁力线就越密。
按照国际单位制磁感应强度的单位是特斯拉，其符号为T：磁感应强度还有一个过时的单位：高斯，其符号为G：1 T = 10000 G。
这个符号在技术设施中还广泛使用。
通常条形磁铁两极附近的磁感应强度大约是几十到几百高斯。
在处理与磁性有关问题时，除了要用到磁感应强度外，常常还要讨论穿过一块面积的磁力线数目，称做磁CPU附近磁通密度通量，简称磁通，有Φ 示。
磁通量的单位是韦伯，用Wb表示，以前还有麦克斯韦有Mx表示。
如果磁场中某处的磁感应强度为Ｂ，在该处有一块与磁通垂直的面，它的面积为Ｓ，则穿过它的磁通量就是Φ = BS式中磁感应强度Ｂ的单位是高斯（Ｇs）；面积Ｓ的单位是平方厘米；磁通量的单位是麦克斯韦（Mx)。
磁通量的简介公式：Φ=BS，适用条件是B与S平面垂直。
当B与S存在夹角θ时，Φ=B*S*cosθ。
Φ读“fai”四声。
单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号是Wb，1Wb=1T*m^2;=1V*S，是标量，但有正负，正负仅代表穿向。
意义：磁通量的意义可以用磁感线形象地加以说明．我们知道在同一磁场的图示中，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B 越大．因此，B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大．B与S平面不垂直的情况磁通量通过某一平面的磁通量的大小，可以用通过这个平面的磁感线的条数的多少来形象地说明。
高频变压器磁芯的设计原理
高频变压器磁芯的设计原理
1.磁性材料的选择：高频变压器通常使用铁氧体作为磁芯材料。
铁氧体具有高磁导率、低磁导率傅立叶频谱、低铁损耗和低饱和磁感应强度等优点，非常适合高频变压器的使用。
在选择铁氧体材料时，需要考虑其磁导率和损耗特性，以保证变压器的高效工作。
2.磁芯形状和尺寸设计：磁芯的形状和尺寸直接影响变压器的工作性能。
常见的磁芯形状包括E型、I型、U型和EE型等。
选择合适的磁芯形状可以提高磁传导效率和减小漏磁等问题。
此外，磁芯的尺寸也需要根据具体应用的功率和电流大小来确定，以确保变压器的工作稳定性和效率。
3.匝数和绕组设计：磁芯的设计还需要考虑变压器的匝数和绕组。
匝数决定了变压器的变比，而绕组则是将电能从一个线圈传递到另一个线圈的关键部分。
在设计过程中，需要合理选择匝数和绕组的结构，以达到所需的电压转换效果。
4.漏磁和磁交流损耗的抑制：高频变压器在工作过程中会产生漏磁和磁交流损耗，影响变压器的转换效率和稳定性。
为了抑制漏磁和磁损耗，可采取一些措施，如合理布置绕组、增加绕组间隙、使用隔离层等。
5.独立开关电源的设计：高频变压器通常由独立开关电源供电，因此在设计过程中需要考虑电源的功率和稳定性等因素，以确保变压器的正常运行。
总之，高频变压器磁芯的设计原理涉及到磁性材料的选择、磁芯形状和尺寸的设计、匝数和绕组设计、漏磁和磁交流损耗的抑制以及独立开关电源的设计等方面。
通过合理的设计，可以提高变压器的转换效率和稳定性，满足各种应用的需求。
高频电源变压器磁芯的设计原理.doc
乘积为37000H2T，比原来生产的H49材料有更高的值，而N59材料则可使用到f=1MHz以上频率。
改进“性能因子”可从降低材料高频损耗着手，已发现性能因子最大值的频率与材料晶粒尺寸d、交流电阻率ρ有关，考虑到涡流损耗与d2/ρ之间的关系，两者结果是相一致的，见图4。
6．热阻为了得到最佳的功率传输，变压器温升通常分割为二个相等的部分：磁芯损耗引起的温升ΔθFe和铜损引起的温升ΔθCu。
关于磁芯总损耗与温升的关系如图5所示。
对相同尺寸的磁芯（RM14磁芯），采用不同的铁氧体材料（热阻系数不同），其温升值是不同的，其中N67材料有比其它材料更低的热阻。
于是，磁芯温升与磁芯总损耗的关系可用下式表示：ΔθFe=Rth·RFe （5）式中，Rth即为热阻，定义为每瓦特总消散时规定热点处的温升（k/W）。
铁氧体材料的热传导系数，磁芯尺寸及开关对热阻有影响，并可用下述经验公式来表示：Rth=) (6)式中，S：磁芯表面积；d:磁芯尺寸；α：表面热传导系数；λ：磁芯内部热传导系数。
由上式可见，对电源变压器用的铁氧体材料，必须具有低的功率损耗和高的热传导系数。
实际测量表明，图5所示的N67材料显示高的热导性。
从微观结构考虑，高的烧结密度，均匀的晶粒结构，以及晶界里有足够的Ca浓度，将是有高的热导性。
从磁芯尺寸形状考虑，较大磁芯尺寸给出低的热阻，其中ETD磁芯具有优良的热阻特性，见图6；另外无中心孔的RM磁芯（RM14A）显示出比有中心孔磁芯（RM14B）更低的热阻。
对高频电源变压器磁芯，磁芯设计时应尽量增加暴露表面，如扩大背部和外翼，或制成宽而薄的形状（如低矮形RM磁芯，PQ型磁芯等），，均可降低热阻提高通过功率。
7．磁芯总损耗软磁铁氧体磁芯总损耗通常细分为三种类型：磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr。
每种损耗贡献的频率范围是不同的，磁滞损耗正比于直流磁滞回线的面积，并与频率成线性关系，即Ph=f∮BdH （7）这里，∮BdH等于最大磁通B下测得的直流磁滞回线的等值能。
高频变压器的工作原理
高频变压器的工作原理
高频变压器是一种能够将交流电能通过电磁感应转换为不同电压的设备。
它由原次线圈和副次线圈组成，两个线圈通过共享磁路互相耦合。
高频变压器的工作原理可以分解为两个主要步骤：磁场产生和电压转换。
首先，在高频电源的作用下，原次线圈产生一个交变磁场。
这个磁场会通过磁路传播到副次线圈上。
由于两个线圈通过磁路耦合，原次线圈发出的交变磁场会诱导副次线圈中的电动势。
接下来，根据法拉第电磁感应定律，副次线圈中的电动势会导致电流在副次线圈中流动。
这个电流通过副次线圈的匝数比例决定了输出电压与输入电压的关系。
如果副次线圈的匝数比较大，输出电压就会比输入电压高；反之，如果副次线圈的匝数比较小，输出电压就会比输入电压低。
高频变压器的工作频率较高，一般在几十千赫至几百千赫的范围内。
由于工作频率高，变压器磁路中的铁芯能更有效地传导磁场，从而提高了能量转换的效率。
此外，高频变压器还通常采用紧凑的设计和高效率的线圈，以便在小体积中实现高效能转换。
总结起来，高频变压器通过交变磁场的产生和电磁感应原理实现电压的转换。
它在许多电子设备中广泛应用，如电源适配器、通信设备和无线充电器等。
深圳市华茂源30khz高频开关电源变压器的设计
30kHz高频开关电源变压器的设计Designof30kHzHigh－frequencySMPSTransformer在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz 左右。
随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。
因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。
本文根据超微晶合金的优异电磁性能，通过示例介绍30kHz超微晶高频开关电源变压器的设计。
1变压器的性能指标电路形式：半桥式开关电源变换器原理见图1：工作频率f：30kHz变换器输入电压Ui:DC300V变换器输出电压U0:DC2100V变换器输出电流Io:0.08A整流电路：桥式整流占空比D：1％～90％输出效率η:≥80％耐压：DC12kV温升：＋50℃工作环境条件:－55℃～＋85℃2变压器磁心的选择与工作点确定从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。
磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑，但坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为超微晶合金的数倍，而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右，且加工工艺复杂。
因此，综合三种材料的性能比较（表1），选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。
表1（1）钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变压器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。
超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6～0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。
在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。
高频变压器原理
高频变压器原理
高频变压器是一种特殊设计的电气设备，能够将输入电压的频率转换为输出电压的高频的变压器。
它是基于电磁感应定律工作的，其中主要包括两个线圈，即工作线圈和辅助线圈。
工作线圈位于变压器的一侧，通常称为一次绕组，而辅助线圈位于另一侧，通常称为二次绕组。
高频变压器的工作原理如下：
1. 输入电压加到一次绕组上，使一次绕组形成一个电流。
这个电流产生的磁场穿过变压器的铁芯，导致铁芯内部的磁通量发生变化。
2. 当一次绕组中的电流改变时，磁通量也会改变。
这个变化的磁场从铁芯传导到二次绕组，诱导出一个在二次绕组中的电势。
3. 高频变压器的关键在于使一次绕组和二次绕组之间有足够的电磁耦合。
为了实现这个目标，常常使用高频的电流和细长的绕组线圈。
这样可以减小电感和电导带来的能量损失。
4. 输出电势的大小取决于输入电压和绕组的变比。
高频变压器的变比通常较小，因此输出电势较低。
然而，由于高频的工作频率，输出电压变成了高频的电压，有很多应用可以利用这个特点。
5. 高频变压器还可以用于电力传输、电源转换和调节、医疗设备、通信系统等多个领域。
总而言之，高频变压器通过电磁感应原理将输入电压的频率转换为输出电压的高频。
它是基于两个线圈的变压器设计，具有许多广泛的应用领域。
高频变压器设计
1.磁芯材质的选取：高频变压器磁芯多是低磁场下使用的软磁材料，有着较高磁导率、低的矫磁顽力和高的电阻率。
一般来说，磁芯材料磁导率高，在一定的线圈匝数时，通过不大的励磁电流就能有较高的磁感应强度，线圈就能承受较高的外加电压，因此输出一定功率要求下，可减小磁芯体积。
磁芯矫磁顽力低，磁滞回环面积小，则铁损也小。
高的电阻率则使得涡流小，铁损小。
（/manage/shownews.asp?ArticleID=1109）目前，高频开关电源变压器所用的磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。
根据使用情况铁氧体不适合高温工作，暂时选用非晶态合金的磁芯。
●通过下面表格可以发现硅钢的饱和磁感应强度最大，可以达到2T，但由于最大导磁率太小且矫顽力太大不能满足要求一般都不选用它做高频变压器。
●通过下面表格可以发现铁基非晶铁芯饱和磁感应强度也很大，可以达到1.5T以上。
但由于我们选用的开关频率为20KHZ，现在一般铁基非晶铁芯无法达到这个工作频率，故不采用。
●通过下面表格可以发现铁基纳米晶和坡莫合金饱和磁感应强度也较大，可以达到1.2T以上。
但由于坡莫合金磁芯矫磁顽力高，故一般厂家选用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。
本设计中同样采用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。
以下是安泰公司用于做磁芯的纳米基铁芯的具体参数：2.变压器设计：高频变压器的设计通常采用两种方法：第一种是先求出磁芯窗口面积A m与磁芯有效截面积Ac 的乘积AP（AP=Ac×Am，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，在最大输出功率时，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。
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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。
开通和关断两种临界状态的损耗也可通过选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。
但更为重要的则是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减少损耗，这种方法在开关频率越高时越能体现出优势来。
如各种软开关技术，能让开关管在零电压、零电流状态下开通或关断，从而大大减少了这两种状态产生的损耗。
而一些生产厂家从成本上考虑仍采用硬开关技术，则可以通过各种类型的缓冲技术来减少开关管的损耗，提高其可靠性。
2.2 减少功率二极管的发热量高频开关电源中，功率二极管的应用有多处，所选用的种类也不同。
对于将输入50Hz交流电整流成直流电的功率二极管以及缓冲电路中的快恢复二极管，一般情况下均不会有更优的控制技术来减少损耗，只能通过选择高品质的器件，如采用导通压降更低的肖特基二极管或关断速度更快且软恢复的超快恢复二极管，来减少损耗，降低发热量。
高频变压器二次侧的整流电路还可以采用同步整流方式，进一步减少整流压降损耗和发热量，但它们均会增加成本。
所以生产厂家如何掌握性能与成本之间的平衡，达到性价比最高是个很值得研究的问题。
2.3 减少高频变压器与滤波电感等磁性元件的发热高频开关电源中不可缺少地应用了各种磁性元件，如滤波器中的扼流圈、储能滤波电感，隔离型的电源还有高频变压器。
它们在工作中会产生或多或少的铜损、铁损，这些损耗以发热的方式散发出来。
尤其是电感和变压器，线圈中所流的高频电流由于趋肤效应的影响，会使铜损成倍增加，这样电感、变压器所产生的损耗成为不可忽视的一部分。
因此在设计上要采用多股细漆包线并联缠绕，或采用宽而薄的铜片缠绕，以降低趋肤效应造成的影响。
磁芯一般选用高品质铁氧体材质，如日本生产的TDK磁性材料。
型号的选择上要留有一定的余量，防止出现磁饱和。
2.4 减少假负载的发热量大功率开关电源为避免空载状态引起的电压升高，往往设有假负载——大功率电阻，带有源PFC单元的电源更是如此。
开关电源工作时，假负载要通过少量电流，不但会降低开关电源的效率，而且其发热量也是影响整机热稳定性的因素。
假负载在印制板（PCB）上的位置往往与输出滤波用的电解电容靠得很近，而电解电容对温度极为敏感。
因此很有必要降低假负载的发热量。
比较可行的办法是将假负载设计成阻抗可变方式。
通过对开关电源输出电流的检测来控制假负载阻抗的大小，当电源处于正常负载时，假负载退出消耗电流状态；空载时，假负载消耗电流最大。
这样既不会影响电源空载时的稳定性，也不会降低电源的效率和产生大量不必要的热量。
3 散热设计3.1 散热的基本方式及其计算方法散热有三种基本方式：热传导、对流换热和热辐射。
1）热传导靠物体直接接触或物体内部各部分之间发生的传热即是热传导。
其机理是不同温度的物体或物体不同温度的各部分之间、分子动能的相互传递。
热传导与电流的概念非常类似，热量总是从温度高的地方传导到温度低的地方，热传导过程中有热阻存在如同电流流动过程中有电阻一样。
其热流量Φ=[W]，式中R t为热阻，τ为温度差。
而热阻R t=[K/W]，式中δ为导体厚度，λ为热导率，A为导体截面积。
这样，在开关电源设计中，可以由发热源的耗散功率，求出温升τ=ΦR t。
由于实际应用中，热流量从热源出发到达散热器往往要经过几种不同材料的热导体，即存在不同热阻的串联，在计算时，总热阻为多个热阻的和。
2）对流换热热量通过热传导的方式传给与它紧靠在一起的流体层，这层流体受热后，体积膨胀，密度变小，向上流动，周围的密度大的流体流过来填充，填充过来的流体吸热膨胀向上流动，如此循环，不断从发热元器件表面带走热量，这一过程称为对流换热。
对流换热的计算一般采用牛顿所提出的公式：Φ=αA(θ1－θ2)[W]，其中A为与流体接触的壁面面积[m2]，α为对流换热系数，θ1为壁面温度[K]，θ2为流体平均温度[K]。
由此可见，热流量Φ与对流换热系数α，截面积A及固体表面与流体的温度差（θ1－θ2）的乘积成正比。
对流换热是一种复杂的热传递过程，它不仅决定于热的过程，而且决定于气体的动力学过程。
简单地说，影响对流换热的因素有两个方面：（1）流体的物理性质，如密度、粘度、膨胀系数、热导率、比热等；（2）流体的流动情况，是自然对流还是强迫对流，是层流还是紊流。
因为层流时，热传递主要依靠互不相干的流层之间导热；而紊流时，则在紧贴壁面的层流底层之外，流体产生漩涡加强了热传递作用。
一般而言，在其它条件相同情况下，紊流的换热系数比层流的换热系数大好几倍，甚至更多。
3）热辐射由于温差引起的电磁波传播称为热辐射。
它的过程比热传导和对流换热复杂得多。
它是将物体的一部分热能转换成电磁波的能量，通过能传递电磁波的介质如空气、真空等，向四周传播出去，当遇到其它物体时，则一部分被吸收再转化为热能，剩下的则被反射回来。
各种物体所散发出来的红外线，即是热辐射的一种。
在真空或空气中，物体辐射出去的辐射能力Φ，决定于物体的性质、表面状况（如颜色、粗糙度等）、表面积大小及表面温度等。
Φ=εσb A(T14－T24)其中σb为波尔兹曼常数，值为5.67×10－8，A为辐射表面积[m2]，T为两物体表面的绝对温度[K],ε为表面黑度。
物体表面颜色越深，越粗糙，辐射能力越强。
3.2 开关电源中各发热源的主要散热方式开关电源中各发热源，如整流桥、功率开关管、快恢复二极管、磁性元件以及作为假负载的大功率电阻等，这些元器件所产生的热量必须设法散发出去，一般热设计所采用的散热方式主要是传导换热和对流换热。
即所有发热元器件均先固定在散热器上，热量通过热传导方式传递给散热器，散热器上的热量再通过对流换热的方式由空气带出机箱。
实际的散热情况为三种传热方式的综合，可以用牛顿公式来统一表达：Φ=KSτ，其中S为散热表面积，K为表面散热系数。
表面散热系数通常由试验确定，在一般的工程流体力学中有数据可查。
它把传热的三种形式全部统一起来了。
通过Φ=KSτ，我们可以在计算出耗散功率以后，根据允许温升τ来确定散热表面积S，并由此而确定所要选用的散热器。
这种计算对于提高开关电源的可靠性、功率密度、性价比等都有着重要意义。
在相当多的情况下，生产厂家为了降低电源模块的成本，往往采用通用型的散热器，这些散热器的设计并不一定非常合适。
对于特定的要求高可靠性的通信用高频开关电源来说，有针对性地设计专门的散热器就显得很重要。
例如新西兰的一种用于通信电源系统的整流模块Intergy R2948（48V/60A）单模块输出功率2900W，它所采用的风冷散热为前进风，斜上出风方式，其散热器为专门设计。
它最突出的特点是散热器上的散热片均呈一定的斜角，可将流过的空气导向斜上方，这种流向符合热空气由下往上流动的物理特性，这样在相同散热功率下，可以降低对空气流速的要求。
同时，散热片为铸铝磨砂外型，表面粗糙度大，这种外形在底流速的空气中，更容易使层流转变成紊流，进而提高换热系数。
综合这两种特性，可以大大提高散热器的散热效率，从而在相同功率输出和其它外界条件下，降低了对风扇转速的要求，如果再采取风扇随功率输出大小的无级调速，便可提高风扇的寿命。
而对整流模块来说，风扇的MTBF是所有元器件中最低的，一直都是制约整流模块提高MTBF的瓶颈，所以采取各种措施提高散热效率来延长风扇寿命就具有非常积极的意义。
原华为电气公司，现在的艾默生网络能源公司的部分产品也有类似设计，说明这种设计方法正被越来越多的电源厂家采用。
由于这种散热器需要定做，根据用户要求加工模具，故成本高一些，但对提高电源的可靠性还是相当有益的。
3变压器主要参数的计算3.1变压器的计算功率半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为：Pt=UoIo(1＋1/η)(1)将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80％代入式（1），可得Pt=378W。
3.2变压器的设计输出能力变压器的设计输出能力为：Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16（2）式中：工作频率f为30kHz，工作磁感应强度Bm取0.6T，磁心的窗口占空系数KW取0.2，矩形磁心的电流密度（温升为50℃时）KJ取468。
经计算，变压器的设计输出能力AP=0.511cm4。
3.4绕组计算初级匝数：D取50％，Ton=D/f=0.5/(30×103)=16.67μs,忽略开关管压降，Up1=Ui/2=150V。
N1=Up1Ton10－2/2BmAc=(150×16.67)10－2/(2×0.6×1×1×0.7)=29.77匝高频电源变压器磁芯的设计原理摘要：开关电源正向高频化发展，作为主变压器使用的软磁铁氧体磁芯，从材料性能、尺寸形状等均应作相应改进。
本文讨论了磁芯设计中应考虑的通过功率、性能因子、热阻系数等参数，并提出了降低材料高频损耗的微观设计方法。