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1、高頻變壓器規(guī)范講義hanson5/1507規(guī)范文檔結(jié)構(gòu)第一部分磁基本原理及磁材料特性第二部分高頻功率變壓器特性第三部分高頻開關(guān)式電源功率變壓器理解與設(shè)計(jì)第一部分磁基本原理及磁材料特性類別類別名稱名稱磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率飽和磁飽和磁通密度通密度Bs(GS)應(yīng)用頻率應(yīng)用頻率fmax(KHz)應(yīng)用上的關(guān)鍵特性應(yīng)用上的關(guān)鍵特性（普遍性）（普遍性）金屬鐵金屬鐵芯芯硅鋼片（SiliconSteel）18002000010高（某些）；高Bs；低；鐵損高；宜低頻工作坡莫合金（Permalloy）20000750030超級(jí)坡莫合金（Supermalloy）100，000780030鈷鐵合金（Permendur）8002

2、4，50030鐵鐵粉粉磁磁芯芯碳基鐵粉芯（CarbonyIron）31209000300，000低；高Bs；高；鐵損一般；宜中高頻鋁硅鐵粉芯（Sendust）108090001000鉬坡莫合金鐵粉芯（）141458000300非非晶晶態(tài)態(tài)合合金金鐵基非晶（NACRF2），鐵鎳基非晶（NACRFN），鈷基非晶（NACRC068），超微晶（NACRNb）等100，00015，0001000優(yōu)越的綜合特征參數(shù)；超低鐵損；高端領(lǐng)域應(yīng)用鐵氧體鐵氧體鐵芯鐵芯錳鋅鐵氧體（MnZnFerrite）10001800050001000中等；低Bs；高；鐵損低；宜高頻使用；價(jià)價(jià)格低廉鎳鋅鐵氧體（NiZnFerrit

3、e）155003000100，000第一部分磁基本原理及磁材料特性性能因子（性能因子（Performance Factor PFfBmax）軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是鐵損限制了工作磁通密度的上限鐵損限制了工作磁通密度的上限。所以，在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標(biāo)準(zhǔn)中，把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積Bf，作為材料的性能因子，并說明在性能因子條件下允許的損耗值。磁損耗構(gòu)成磁損耗構(gòu)成1）磁滯損耗（HysteresisLoss）2）渦流損耗（EddyCurrentLoss）3）剩余/共振損耗（ResidualLoss）損耗密度的成分和溫度特性（400K

4、Hz&0.05T）如果不考慮溫度變化，總損耗可以用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示開關(guān)電源中磁材料的應(yīng)用場(chǎng)合開關(guān)電源中磁材料的應(yīng)用場(chǎng)合第二部分高頻功率變壓器特性實(shí)際變壓器模型實(shí)際變壓器等效電路模型實(shí)際變壓器等效電路模型從輸入側(cè)看的實(shí)際變壓器從輸入側(cè)看的實(shí)際變壓器等效電路模型等效電路模型第二部分高頻功率變壓器特性窗口利用系數(shù)窗口利用系數(shù)Kcu根據(jù)一些公式推導(dǎo)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于E型鐵芯，Kcu一般具有如下特性：l普通單端輸入輸出常用變壓器具有0.40.6之間的Kcu值；l多組輸出的變壓器，或需要更高絕緣的變壓器，窗口利用率會(huì)略有減小，Kcu值會(huì)略有減?。籰為解決漏感或EMI問題進(jìn)行的繞組并聯(lián)或分段串聯(lián)、添加法拉第屏

5、蔽層等措施，Kcu值會(huì)因此而略有減小；l圓型中柱的鐵芯可以幫助提高窗口的利用率，Kcu值會(huì)略有增加；l扁平銅箔替代圓形繞線可以幫組提高窗口利用率，Kcu值會(huì)略有增加；l扁平窗口結(jié)構(gòu)（窗口寬lwlh）相對(duì)與其對(duì)立者具有更好的窗口利用率，Kcu值會(huì)略有增加。第二部分高頻功率變壓器特性趨膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)（Skin Effect）趨膚深度定義：電流密度從最密處（外表層）遞減到1/e處的徑向深度。深度的數(shù)量值反應(yīng)了電流密度分配不均的嚴(yán)重程度，或者是導(dǎo)線的交流電阻量。工程上還近似認(rèn)為交流電只在這個(gè)徑向值內(nèi)流動(dòng)，或者說交流電阻量就是這徑向值的截面量。206.6/(f)1/2（cm）1007.65/(f)1/

6、2（cm）F是正弦頻率，如為其它波形需換算經(jīng)驗(yàn)公式：方波正弦波0.7（如下常用頻率情況）趨膚效應(yīng)下線經(jīng)選擇的建議：趨膚效應(yīng)下線經(jīng)選擇的建議：（1）一些經(jīng)驗(yàn)顯示，盡可能使用細(xì)小線經(jīng)可以對(duì)損耗（以溫升作為衡量）有所改善。故一些文章中的盡量使用小線經(jīng)的建議是可以考慮的。但須是在在不不增增加加繞繞層層的的前前提提下下因?yàn)槔@層增加引起的鄰近效應(yīng)帶來的損耗增加量遠(yuǎn)大于減小線經(jīng)帶來的損耗改善（見后續(xù)介紹）。（2）約10A以上的大電流繞組可以考慮使用銅使用銅箔或者箔或者LitzLitz線代替線代替AWGAWG圓形繞線圓形繞線。銅箔厚度以上面計(jì)算方法估算。鄰近效應(yīng)（鄰近效應(yīng)（Proximity Effect）鄰

7、近效應(yīng)也是交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)所致，但與趨膚效應(yīng)有所不同：鄰近效應(yīng)是導(dǎo)電體對(duì)周圍導(dǎo)體的影響。在變壓器或電感分析中，其用于分析導(dǎo)電導(dǎo)電層之間的相互影響層之間的相互影響變壓器每一繞線層可以看作一個(gè)導(dǎo)電層（由各匝相互緊挨的一層繞線或是銅箔既構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)電層）。曲線及系數(shù)應(yīng)用：曲線及系數(shù)應(yīng)用：h：導(dǎo)電層有效高度。對(duì)于圓形導(dǎo)線構(gòu)成得導(dǎo)電層h=；對(duì)于方形導(dǎo)體或箔片導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)電層h=h。Fl：導(dǎo)電層系數(shù)。對(duì)于圓形導(dǎo)線構(gòu)成得導(dǎo)電層Fl（Nper_layer是每導(dǎo)電層的匝數(shù)，d是圓導(dǎo)線有效導(dǎo)電直徑不包括漆包層等絕緣之用的厚度，w是導(dǎo)電層寬度）；對(duì)于箔片形導(dǎo)Fl1。Fl系數(shù)反應(yīng)的是同一導(dǎo)電層上各匝之間相互挨靠的緊湊

8、程度（0 Fl1）。：趨膚深度。P：磁動(dòng)勢(shì)mmf從零到峰值區(qū)間包含的層數(shù)。例如對(duì)于初次級(jí)繞組每一層都進(jìn)行了交錯(cuò)的情況P1；對(duì)于同一層里一半為初級(jí)一半為次級(jí)的情況P0.5。通過改變繞層的交錯(cuò)方式即可改變P系數(shù)。Lleak公式表達(dá)了各物理量之間的關(guān)系：1）某一繞組的漏感量正比于改組匝數(shù)的平方；2）漏感與初次級(jí)交界數(shù)量（P）的平方成反比；3）初次級(jí)間的間距（Binter）致使的漏感量是導(dǎo)電層厚度（Blayer）作用的3倍；漏感量與磁窗高度（hw）成反比，而與磁窗平均周長(zhǎng)lw成正比。漏感漏感變壓器繞線的絕緣及安規(guī)變壓器繞線的絕緣及安規(guī)第三部分高頻開關(guān)式電源功率變壓器理解與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)約束1）磁材料不飽和；

9、2）溫升不超規(guī)（磁芯和銅線損耗可控）；3）滿足工藝和安規(guī)要求。第三部分高頻開關(guān)式電源功率變壓器理解與設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)步驟1）磁芯的選擇（包括材質(zhì)、幾何形狀、幾何尺寸等）；2）繞組匝數(shù)及匝比的計(jì)算及實(shí)際調(diào)整；3）實(shí)際匝數(shù)及匝比條件下的再驗(yàn)算；4）變壓器樣品的測(cè)試及調(diào)整。磁芯選擇磁芯理論選擇方法AP法磁芯尺寸表達(dá)了其傳遞能量的能力（PowerHandlingCapacity），由其參數(shù)APAwAe表達(dá)。對(duì)于不同的電路拓?fù)?，AP公式具有如下的通用表達(dá)式：Po(h,l,Ae,Wa,Fs,Bac,J,Kcu)hl(AeWa)(FsBac)(JKcu)AP公式各參數(shù)的含義：公式各參數(shù)的含義：Po電路的最終輸出功率要求h電路的效率預(yù)計(jì)變壓器的初級(jí)單側(cè)繞線截面積在總繞線截面積中的占有系數(shù)l變壓器電流波形系數(shù)FsBac磁芯磁化頻率及磁通擺幅量之積，它決定了磁芯的一個(gè)最大考慮因素?fù)p耗密度JKcu繞組的有效值電流密度及繞組的總磁窗占有率AeWa磁芯磁路截面積與窗口面積在選定電路拓?fù)洌╤ 確定），磁芯材質(zhì)已知（Bac_Max確定），溫升約束確定（FsBac，JKcu）條件下，設(shè)計(jì)輸入Po完全可由AeWa確定。設(shè)計(jì)范例參見規(guī)范附件設(shè)計(jì)范例參見規(guī)范附件