高频变压器设计原理与实例
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。本文采用的就是铁氧体材料。 表1 各种磁芯特性比较表
变压器的设计实例
摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.wendangku.net/doc/7917838014.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率 f=38kHz； 变换器输入直流电压 Ui=310V； 变换器输出直流电压 Ub=14.7V； 输出电流 Io=25A； 工作脉冲占空度 D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用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。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应
电子变压器的工作原理 电子变压器材料及分类
电子变压器的工作原理电子变压器材料及分类 电子变压器简介 电子变压器，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W。它主要是在高频电子镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而克服了传统的硅钢片变压器体大、笨重、价高等缺点。 电子变压器工作原理 工作原理与开关电源相似，二极管VD1～VD4构成整流桥把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管VT1、VT2组成的高频振荡电路，将脉动直流变成高频电流，然后由铁氧体输出变压器T2对高频高压脉冲降压，获得所需的电压和功率。R1为限流电阻。电阻R2、电容C1和双向触发二极管VD5构成启动触发电路。三极管VT1、VT2选用S13005，其B为15～20倍。也可用C3093等BUceo>=35OV 的大功率三极管。触发二极管VD5选用32V左右的DB3或VR60。振荡变压器可自制，用音频线绕制在H7X10X6的磁环上。TIa、T1b绕3匝，Tc绕1匝。铁氧体输出变压器T2也需自制，磁心选用边长27mm、宽20mm、厚10mm的EI型铁氧体。T2a用直径为0．45mm高强度漆包线绕100匝，T2b用直径为1．25mm 高强度漆包线绕8匝。二极管VD1～VD4选用IN4007型，双向触发二极管选用DB3型，电容C1～C3选用聚丙聚酯涤纶电容，耐压250V。 电路工作时，A点工作电压约为12V；B点约为25V；C点约为105V；D点约为10V。如果电压不满足上述数值，或电路不振荡，则应检查电路有无错焊、漏焊或虚焊。然后再检查VT1、VT2是否良好，T1a、T1b的相位是否正确。整个电路装调成功后，可装入用金属材料制作的小盒内，发利于屏蔽和散热，但必须注意电路与外壳的绝缘。引外，改变T2a、b二线圈的匝数，则可改变输出的高频电压。 电子变压器作用 在电子线路中起着升压、降压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用。 电子变压器分类 A按工作频率分类： 工频变压器：工作频率为50Hz或60Hz 中频变压器：工作频率为400Hz或1KHz 音频变压器：工作频率为20Hz或20KHz
高频变压器绕法
高频变压器绕法 高频变压器的两种基本绕法：顺序绕法和三明治绕法。 普通顺序绕法： 一般的单输出电源，变压器分为3个绕组，初级绕组Np,次级绕组Ns,辅助电源绕组Nb，绕制的顺序是：Np--Ns--Nb 此种绕法工艺简单，易于控制磁芯的各种参数，一致性较好，绕线成本低，适用于大批量的生产，但漏感稍大，而耦合电容小，EMI比较好故适用于对漏感不敏感的小功率场合，一般功率小于30~40W的电源中普遍实用这种绕法。 三明治绕法： 三明治绕法久负盛名，几乎每个做电源的人都知道这种绕法，但真正对三明治绕法做过深入研究的人，应该不多 相信很多人都吃过三明治，就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义，三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同，三明治又分为两种绕法：初级夹次级，次级夹初级。
如上图，顺序为Np/2-Ns-Np/2-Nb，此种绕法有量大优点 这样有利于初次级的耦合，减少漏感；还有利于绕线的平整度；最后一个好处是，供电绕组电压变化受次级的负载影响较小，更稳定。 由于增加了初次级的有效耦合面积，可以极大的减少变压器的漏感，而减少漏感带来的好处是显而易见的：漏感引起的电压尖峰会降低，这就使MOSFET的电压应力降低，同时，由MOSFET与散热片引起的共模干扰电流也可以降低，从而改善EMI； 由于在初级中间加入了一个次级绕组，所以减少了变压器初级的层间电容，而层间电容的减少，就会使电路中的寄生振荡减少，同样可以降低MOSFET与次级整流管的电压电流应力，改善EMI。 缺点：由于初次级有两个接触面，绕组耦合电容比较大，所以EMI又比较难过。
如上图，顺序为Ns/2,Np,Ns/2,Nb。当输出是低压大电流时，一般采用此种绕法，其优点有二： 1、可以有效降低铜损引起的温升：由于输出是低压大电流，故铜损对导线的长度较为敏感，绕在内侧的Ns/2可以有效较少绕线长度，从而降低此Ns/2绕组的铜损及发热。外层的Ns/2虽说绕线相对较长，但是基本上是在变压器的外层，散热良好故温度也不会太高。 2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。由于初级远离磁芯，次级电压低，故引起的高频干扰小。
卤素灯用电子变压器原理
卤素灯用电子变压器原理图 卤素灯又称石英灯，它常以石英玻璃做成反射灯罩，制作成石英射灯。石英射灯具有聚光、亮度高、显色性好、外形新颖和寿命长等优点，普遍用于舞厅、宾馆和商场等场所做特殊照明，也可用于展室的橱窗及照相行业的摄影厅。目前，家庭使用石英灯也逐渐增多。普通石英射灯使用１２Ｖ／５０Ｗ的小型卤素灯泡，配用小体积的电子变压器，使其效率提高，体积重量均减少。本电子变压器采用工程阻燃塑壳，外观小巧玲珑。 主要电气参数：电源电压ＡＣ２２０Ｖ＋１０％；电源频率５０～６０Ｈｚ；输出电压ＡＣ１２Ｖ；输出功率５０Ｗ；功率因数０．９９。 电子变压器实际上是一种隔离型开关电源，电路原理如附图所示，它主要由全桥整流滤波、开关变换、小体积磁芯隔离降压变压器三部分组成。变换开关元件由于采用了ＮＰＮ型三重扩散表面玻璃钝化平面型晶体管，它具有击穿电压高、电流容量大、开／关时间短的特点，因此开关管的安全工作区得到保证。电路有较高的使用效率和可靠性，可长时间连续工作。隔离降压变压器亦是本机关键，磁芯参数确定了传输功率，匝数比确定了输出电压。本变压器使用ＥＥ２５磁芯，初级绕１２０匝，次级用多股并绕１２匝，磁芯不作间隙，组装后经专用树脂浸渍处理而成。使用注意事项：１． 只限接入小于指定功率的负载，也就是配接１２Ｖ石英灯泡、功率在２０～５０Ｗ之间；２． 严禁输出短路，并保持变压器四周通风。 本文介绍的电子变压器克服了传统硅钢片变压器体积、重量大、效率低、价格高的缺点，电路成熟，性能稳定。 工作原理 本电子变压器工作原理与开关电源相似，电路原理图见图1，由VD1－VD4将市电整流为直流，再把直流变成几十千赫兹的 高频电流，然后用铁氧休变压器对高频、高压脉冲降压。图中R2、C1、VD5为启动触发电路。C2、C3、L1、L2、L3、VT1、VT2构成高频振荡部分。 L1、L2、L3分别绕在H7×4×2mm3的磁环上，L1、L2绕6匝；L2绕1匝。L4、L5绕在H31×18×7mm3的磁环上，L4绕用Φ＝0.1mm的高强度线绕340匝；L5用Φ＝1.45mm的高强度线绕20匝。VT1、VT2选用耐压BVceo≥350V大功率硅管。其它元件无特殊要求。电路正常工作时，A点工作电压约为215V，B点约为108V，C点约为10V，D点约为25V。如果不振荡，检查VT1、VT2及L1、L2、L3的相位是否正常（交换L3的两根接线即可）。改变L5的匝数可改变输出电压。 元器件选择与制作元器件清单见下表。
高频变压器计算步骤精编版
高频变压器计算 (CCM模式) 反激式DC/DC变换电路 电路基本参数: Vo1=15V Io1=0.4A Vo2=-10V Io2=0.4A Vs=15V(范围10V~20V) Po=10W 设定参数: 1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75% 2.反激式变换器的工作模式CCM 3.占空比确定(Dmax=0.4) 4.磁芯选型(EE型) 设计步骤 (1)选择磁芯大小 Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择EE19磁芯 (2)计算导通时间 Dmax=0.4,工作频率fs=50KHz ton=8us (3)选择工作时的磁通密度 根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T (4)计算原边匝数 Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16 (5)计算副边绕组 以输出电压为15V为例进行计算,设整流二极管及绕组的压降为1V 15+1=16V 原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16=0.625V/匝 副边绕组匝数Ns1=16/0.625=25.6,取整26 (6)计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数 新的每匝的反激电压为:16/26=0.615V ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us 占空比D=9.92/20=0.496 对于10V直流输出,考虑绕组及二极管压降1V后为11V Ns2=11/0.615=17.88,取整17 (7)初级电感,气隙的计算 在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A 导通时间内相应的平均值为Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 开关管导通前的电流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A 开关管关闭前的电流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A 初级电感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH 气隙长度Lg=(u0*Np^2*Ae)/Lp=0.19mm
高频变压器基础理论知识
15、为什么变压器不能过负荷运行？ 过负荷运行是指变压器运行时超过了铭牌上规定的电流值。过负荷分为正常过负荷和事故过负荷两种，前者是指在正常供电情况下，用户用电量增加而引起的，它往往使变压器温度升高，促使变压器绝缘老化，降低使用寿命，所以不允许变压器过负荷运行。特殊情况下变压器短时间内的过负荷运行，也不能超过额定负荷的30%(冬季)，在夏季不得超过15%。对后者，事故过负荷与允许过的时间要求见下表。事故过负荷允许时间 16、变压器在运行中应该做哪几种测试？ 为了保证调压器能够正常运行，应经常进行下列几项测试；(1)温度测试。变压器运行状态是不是正常，温度的高低是很重要的。规程规定上层油温不得超过850C(即温升550C)。一般变压器都装有专用温度测定装置。(2)负荷测定。为了提高变压器的利用率，减少电能的损失，在变压器运行中，必须测定变压器真正能承担的供电能力。测定工作通常在每一季节用电蜂屯蚁聚时期进行，用钳形电流表直接测定。电流值应为变压器额定电流的70～80%，超过时说明过负荷，应立即调整。 (3)电压测定。规程要求电压变动范围应在额定电压±5%以内。如果超过这一范围，应采用分接头进行调整，使电压达到规定范围。一般用电压表分别测量次级线圈端电压和未端用户的端电压。(4)绝缘电阻测定。为了使变压器始终处于正常运行状态，必须进行绝缘电阻的测定，以防绝缘老化和发生事故。测定时应设法使变压器停止运行，利用摇表测定变压器绝缘电阻值，要求所测电阻不低于以前所测值的70%，选用摇表时，低压线圈可采用500伏电压等级的。 17、什么是变压器的极性？在实用中有何作用？ 变压器极性是用来标志在同一时刻初级绕组的线圈端头与次级绕组的线圈端头彼此电位的相对关系。因为电动势的大小与方向随时变化，所以在某一时刻，初、次级两线圈必定会出现同时为高电位的两个端头，和同时为低电位的两个端头，这种同时刻为高的对应端叫变压器的同极性端。由此可见，变压器的极性决定线圈绕向，绕向改变了，极性也改变。在实用中，变压器的极性是变压器并联的依据，按极性可以组合接成多种电压形式，如果极性接反，往往会出现很大的短路电流，以致烧坏变压器。因此，使用变压器时必须注意铭牌上的标志。 18、如何判别变压器极性？ 当遇到变压器铭牌标志不清或系旧变压器，可通过测试加以判别，方法有两种：(1)直流法。测单相变压器时，如图36所示， 在初级线圈一侧拉入一个1.5伏的干电池，然后在次级线圈拉入一直流毫伏表。当合上开关K的一瞬间，表针朝正方向摆动(或拉开开关时表针向负方向摆)，说明接电池正极一端是同极性，或
电子变压器定义、作用及分类
一.电子变压器定义、作用及分类 变压器是具有磁芯(铁芯)与两个或两个以上的线圈组成，它们互不改变位置的装置，从一个或两个以上的回路，通过交流电力借电磁感应作用，转变成电压及电流，对另一个或两个一上的回路，供给一周拨数的交流电力. 2 作用：在电子线路中起着升压、降压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用。 3 分类： A 按工作频率分类： 工频变压器：工作频率为50Hz或60Hz 中频变压器：工作频率为400Hz或1KHz 音频变压器：工作频率为20Hz或20KHz 超音频变压器：20KHz以上，不超过100KHz 高频变压器：工作频率通常为上KHz至上百KHz以上。 B 按用途分类： 电源变压器：用于提供电子设备所需电源的变压器 音频变压器：用于音频放大电路和音响设备的变压器 脉冲变压器：工作在脉冲电路中的的变压吕，其波形一般为单极性矩形脉冲波 特种变压器：具有一种特殊功能的变压器，如参量变压器，稳压变压器，超隔离变压器，传输线变压器，漏磁变压器 开关电源变压器：用于开关电源电路中的变压器 通讯变压器：用于通讯网络中起隔直、滤波的变压器 电子变压器材料及分类：变压器英文 二电子变压器材料及分类：变压器英文(TRansformer) 1）电子变压器材料主要有 骨架(Bobbin,Base,Case)
线材(Copper Wire) 磁芯(Ferrite Core,SI-Steel Lamination) 铜箔(Copper Foil) 绝缘胶带(Tape) 安全胶带，也称档墙(Margin Tape) 套管(Tube) 化学材料：焊锡(Solder Bar)，绝缘油(Varnish)，胶类(Epoxy,Glue)，稀释剂(Thinner)，助焊剂(Scaling Powder)，油墨(Ink) 1、磁芯：磁芯主要几大类： 1.钢片类Lamination(SI-STEEL,PERMALLOY); 2.软磁铁氧体类(FERRITE CORE); 3.铁粉芯(Iron Powder); 4.铁硅铝(Kool,Mu或Sendust); 5.高导磁粉芯(High Flux); 6铁镍钼磁粉芯(Mpp Core); 7.非晶态(Amorphous)。 1）铁磁芯(Iron Powder)：广泛用于RF领域，利用其内在的气隙分布特性，适合于各种储能电感，如直流输出扼流器，分态输入扼流器，功率因数修正(PFC)电感器，脉冲变压器，DC to DC变换器，连续态弛返电感，调光扼流器及EMI/RFI电路中。其形状通常为环形。 通常通过颜色氏码(Color Code)进行材质的区分,其规格以T*-XX*形式命名。如： T130-26B中，T表示 Toroid，130表示1.3英吋外径，26表示26材质，B表示同外径不同厚度的类型。供应商通常为Mircometal、嘉成、科达和可达。 2)铁镍钼磁粉芯(MPP molypermalloy powder)：粉芯中磁损最低的一种材质，它是由79%镍，17%铁，和4%的钼配比而成，磁粉中分布隙的一种环状磁芯。 MPP磁芯具有多方面优秀的电磁特性：
高频变压器工作原理及用途解析
高频变压器工作原理及用途 简介 是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源中的拓扑结构有很多。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的高频脉冲波，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的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器（待机变压器），每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准，比如主变压器，只要是200W以上的电源，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 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，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）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 用途 高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）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，也有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的。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。传送功率比较大的情况下，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；传送功率比较小的，可以采用MOSFET，工作频率就比较高。 制造工艺 高频变压器的制造工艺要点一。 绕线 A 确定BOBBIN的参数 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
电子变压器电路图详解
电子变压器电路图详解 无变压器电源电路 电路工作原理是：由图可知，该电路是由控制电路检测市电变化，当市电在过零点附近时，MOS关闭。利用对两只大容量电容的充放电可以保证该电源具有一定的负载输出电流。 市电首先由桥堆VC整流，获得l00Hz的脉动直流电，其最高峰值可达310V。时基IC 及其外围阻容件组成市电过零控制电路。脉动直流电经VD1隔离、R1降压、VZ2稳压、C1滤波为检测控制电路提供稳定工作电源。R2、RP1组成市电检测分压电路。当脉动直流电过零电压低于13V时，IC的第2脚被触发，第3脚输出高电平，场效应管VT导通。脉动直流电经R6限流，通过VT对C2、C3迅速充电，最大瞬时电流可达4A。R5、RP2及IC的第4脚组成电压反馈控制电路，调节RP2可获得5～12V的输出电压。只要IC的第4脚电压大于0.7V，IC 即被复位，第3脚输出低电平，VT截止。除VT导通的时间外，C2、C3保持向负载输出电流。大容量电容C2、C3可以保证最大输出电流达100mA时仍有稳定的输出电压。R4、VD3为供电指示电路，由于第7脚的导通与第3脚输出高电平错开，这就减轻了控制电路的耗电，保证了控制电路工作的可靠。实际上，IC的第6脚与第2脚的共同对市电检测，还使得电路具有过
电压闭锁功能。 显然，本电源的不足之处是由于电路本身不能与市电隔离。因此电路及其负载均会带上市电。 本文介绍的电子变压器，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W。它主要是在高频电子镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而克服了传统的硅钢片变压器体大、笨重、价高等缺点。 电路如图所示。其工作原理与开关电源相似，二极管VD1～VD4构成整流桥把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管VT1、VT2组成的高频振荡电路，将脉动直流变成高频电流，然后由铁氧体输出变压器T2对高频高压脉冲降压，获得所需的电压和功率。R1为限流电阻。电阻R2、电容C1和双向触发二极管VD5构成启动触发电路。三极管VT1、VT2选用S13005，其B为15～2 0倍。也可用C3093等BUceo>=35OV的大功率三极管。触发二极管VD5选用32V左右的DB3或VR60。振荡变压器可自制，用音频线绕制在H7 X 10 X 6的磁环上。TIa、T1b绕3匝，T c绕1匝。铁氧体输出变压器T2也需自制，磁心选用边长27mm、宽20mm、厚10mm的EI型铁氧体。T2a用直径为0．45mm高强度漆包线绕100匝，T2b 用直径为1．25mm高强度漆包线绕8匝。二极管VD1～VD4选用IN4007型，双向触发
(工频)变压器的工作原理及设计(新)
变压器的工作原理及设计 在电路和磁路中，变压器不但作为电磁能量的传送工具，而且可以改变电路中的电压和电流的大小和相位，在某种情况下可以起电的隔离作用，在各种电力、电子等电路中被广泛应用。 电磁感应是变压器工作原理的基础，因此要想了解变压器的工作原理及性能，进而应用、设计变压器，就必须具备电、磁方面的基础理论知识。电路方面的知识大家比较了解，下面对磁路方面的知识进行必要的补充。 一、电磁感应和磁路中的概念及一些定律 1、电磁感应 磁场变化时，将在它所能影响到的区域内的的电回路中产生电压以至电流。用数学式子来描述： dt d N dt d e Φ-=ψ-= 实际上这种过程是可逆的，即变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电电场。从能量的观点来看，在变压器的工作过程中，电路的电能转换为变压器铁芯内的磁能，然后再转换为二次侧的电能，完成能量的传送。 2、磁路中的概念 磁路——磁通通过的区域 磁感应强度B ——表示磁场强弱的一个物理量 磁通Φ——BA =Φ，A 为与磁场方向垂直的片面的面积 磁导率μ——表示物质磁性质的物理量，0μμμr =，70104-?=πμ 磁场强度H ——μ B H = 磁势∑=NI F 磁压降Hl U m = 3、磁路的基本定律 （1） 安培环路定律（全电流定律） ?∑=l I dl H . （2） 磁路的基尔霍夫第一定律 ∑=Φ0 （3） 磁路的基尔霍夫第二定律 ∑∑∑==Ni I Hl 图1 安培环路定律
图2 磁路基尔霍夫第一定律 图3 磁路基尔霍夫第二定律 （4） 磁路的欧姆定律 φφμμm m R A l l B Hl U ==== 4、铁磁物质的磁化曲线 （1） 原始磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁物质进行磁化，在磁场强度H 由0开始逐渐增加时，磁感应强度也逐渐增加，这种曲线称为原始磁 化曲线。 图4 磁畴 图5 原始磁化曲线 （2） 磁滞回线：当铁磁物质在-H m 到+H m 之间反复磁化若干次最后得到对 原点对称的封闭曲线。从磁化过程可以看出，B 的变化总是落后于H 的变化，所以这种现象称为磁滞。 图6 磁滞回线
12v电子变压器工作原理
电子变压器工作原理图 电子变压器就是开关稳压电源。它实际上就是一种逆变器。首先把交流电变为直流电，然后用电子元件组成一个振荡器直流电变为高频交流电。通过开关变压器输出所需要的电压然后二次整流供用电器使用。开关稳压电源具有体积小,重量轻,价格低等优点,所以被广泛用在各种电器中。开关稳压电源的原理较复杂。 下面一种电子变压器电路图的分析，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W。它主要是在高频电子镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而克服了传统的硅钢片变压器体大、笨重、价高等缺点。 电子变压器电路图: 电子变压器工作原理电路如图所示。电子变压器原理与开关电源工作原理相似，二极管VD1～VD4 构成整流桥 把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管VT1、VT2组成的高频振荡电路，将脉动直流变成高频电流，然后由铁氧体输出变压器T2对高频高压脉冲降压，获得所需的电压和功率。R1为限流电阻。电阻 R2、电容C1和双向触发二极管VD5构成启动触发电路。三极管VT1、VT2选用S13005，其B为15～2 0倍。也可用C3093等BUceo>=35OV的大功率三极管。触发二极管VD5选用32V左右的DB3或VR60。振荡变压器可自制，用音频线绕制在H7 X 10 X 6的磁环上。TIa、T1b绕3匝，Tc绕1匝。铁氧体输出变压器T2也需自制，磁心选用边长27mm、宽20mm、厚10mm的EI型铁氧体。T2a用直径为0．45mm高强度漆包线绕100匝，T2b用直径为1．25mm高强度漆包线绕8匝。二极管VD1～VD4选用IN4007型，双向触发二极管选用DB3型，电容C1～C3选用聚丙聚酯涤纶电容，耐压250V。此电子变压器电路工作时，A点工作电压约为12V；B点约为25V；C点约为105V；D点约为10V。如果电压不满足上述数值，或电子变压器电路不振荡，则应检查电路有无错焊、漏焊或虚焊。然后再检查VT1、VT2是否良好，T1a、T1b的相位是否正确。整个电子变压器电路装调成功后，可装入用金属材料制作的小盒内，发利于屏蔽和散热，但必须注意电路与外壳的绝缘。引外，改变T2 a、b二线圈的匝数，则可改变输出的高频电压。
高频变压器的制作
高频变压器的制作高频变压器的线路图如图1所示。 图1 高频变压器的线路图 高频变压器的制作流程如图2所示。 图2 高频变压器的制作流程
高频变压器的制作大致包括以下十个过程，对每个过程的流程、工艺及注意事项作详细的分析。 1.绕线 （1）材料确认 1）变压器骨架（BOBBIN）规格的确认。 2）不用的引脚剪去时，应在未绕线前先剪掉，以防绕完线后再剪除时会刮伤线或剪错脚，而且可以避免绕线时缠错脚位。 3）确认骨架完整，不得有破损和裂缝。 4）将骨架正确插入治具，一般特殊标记为引脚1（PIN 1），如果图面无注明，则引脚1朝机器。 5）须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠骨架的两侧，再在指定的引脚上先缠线（或先钩线）后开始绕线，原则上绕线应在指定的范围内绕线。 （2）绕线方式 1）绕线方式 根据变压器要求不同，绕线的方式大致可分为以下几种： ①一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整齐的绕线如图3a所示。 ②均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线；间隔误差在20%以内可以允收，如图3b所示。 图3 绕线方式 ③多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以上，此绕法分为三种情况：
a）任意绕：在一定程度上整齐排列，达到最上层时，布线已零乱，呈凹凸不平状况，这是绕线中最粗略的绕线方法。 b）整列密绕：几乎所有的布线都整齐排列，但有若干的布线零乱（约占全体30%，圈数少的约占5%REF）。 c）完全整列密绕：绕线至最上层也不零乱，绕线很整齐的排列，这是绕线中最难的绕线方法。 ④定位绕线：布线指定在固定的位置，一般分五种情况，如图4所示。 图4 定位绕线 ⑤并绕：两根以上的线同时平行的绕同一组线，各自平行的绕，不可交叉，此绕法大致可分为四种情况，如图5所示。
反激变压器设计实例(二)
反激变压器设计实例（二） 目录 反激变压器设计实例（二） (1) 导论 (1) 一．自跟踪电压抑制 (2) 2. 反激变换器“缓冲”电路 (4) 3. 选择反击变换器功率元件 (5) 3.1 输入整流器和电容器 (5) 3.2 原边开关晶体管 (5) 3.3 副边整流二极管 (5) 3.4 输出电容 (6) 4. 电路搭接和输出结果 (6) 总结 (7) 导论 前面第一节已经将反激变换器的变压器具体参数计算出来，这里整个反激电路最核心的部件已经确定，我们可以利用saber建立电路拓扑，由saber得出最初的输出参数结果。首先进行开环控制，输出电容随便输出一个值（由于C1作为输出储能单元，其容值估算应考虑到输出的伏秒，也有人用1~2uF/W进行大概估算），这里选取1000uF作为输出电容。初始设计中的输出要求12V/3A，故负载选择4欧姆电阻，对于5V/10A的输出，通过调节负载和占空比可以达到。由实际测量可得，1mm线径的平均电感和电阻值分别为6uH/匝和2.6mΩ/匝，寄生电感通常为5%，由于副边匝数较少，可不考虑寄生电感，所以原边寄生电感为27uH，电阻为11.57mΩ，最终结果如图1所示。
图1.反激电路主拓扑 图2.开关管电压、输出电压、输出电流 首先由输出情况可以看出，变压器的设计还是满足要求的。查看图2中开关管电压曲线可以看出，其开关应力过高，不做处理会导致开关管导通瞬间由于高压而击穿。 在反激变换器中，有两个主要原因会引起高开关应力。这两个原因都与晶体管自带感性负载关断特性有关。最明显的影响是由于变压器漏感的存在，集电极电压在关断边沿会产生过电压。其次，不是很明显的影响是如果没有采用负载线整形技术，开关关断期间会出现很高的二次测击穿应力。 一．自跟踪电压抑制 当警惕管所在电路中带感性或变压器负载，在晶体管关断时，由于有能量存储在电感或变压器漏感的磁场中，在其集电极将会产生高压。 在反激变换器中，储存在变压器中的大部分能量在反激期间将会传递到副边。可是由于漏感的存在，在反激期间开始时，除非采用一定形式的电压抑制，集电极电压会有增加的趋势。 在图3中，变压器漏感、输出电容电感和副边电路的回路电感集中为L TL，并折算到变压器原边与原边主电感L p相串联。
高频变压器设计的五个步骤
变压器的设计过程包括五个步骤: ①确定原副边匝数比； 为了提高高频变压器的利用率,减小开关管的电流,降低输出整流二极管的反向电压,减小损耗和降低成本,高频变压器的原副边变比应尽量大一些. 为了在任意输入电压时能够得到所要求的电压,变压器的变比应按最低输入电压选择.选择副边的最大占空比为 ,则可计算出副边电压最小值为: ,式中, 为输出电压最大值, 为输出整流二极管的通态压降, 为滤波电感上的直流压降.原副边的变比为: ②确定原边和副边的匝数； 首先选择磁芯.为了减小铁损,根据开关频率 ,参考磁芯材料手册,可确定最高工作磁密、磁芯的有效导磁截面积、窗口面积 .则变压器副边匝数为: .根据副边匝数和变比,可计算原边匝数为 ③确定绕组的导线线径； 在选用导线线径时,要考虑导线的集肤效应.所谓集肤效应,是指当导线中流过交流电流时,导线横截面上的电流分布不均匀,中间部分电流密度小,边缘部分电流密度大,使导线的有效导电面积减小,电阻增加.在工频条件下,集肤效应影响较小,而在高频时影响较大.导线有效导电面积的减小一般采用穿透深度来表示.所谓穿透深度,是指电流密度下降到导线表面电流密度的0.368(即: )时的径向深度. ,式中, , 为导线的磁导率,铜的相对磁导率为 ,即:铜的磁导率为真空中的磁导率 , 为导线的电导率,铜的电导率为 . 为了有效地利用导线,减小集肤效应的影响,一般要求导线的线径小于两倍的穿透深度,即 .如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时,可采用小线径的导线多股并绕或采用扁而宽的铜皮来绕制,铜皮的厚度要小于两倍的穿透深度 (4)确定绕组的导线股数 绕组的导线股数决定于绕组中流过的最大有效值电流和导线线径.在考虑集肤效应确定导线的线径后,我们来计算绕组中流过的最大有效值电流. 原边绕组的导线股数:变压器原边电流有效值最大值 ,那么原边绕组的导线股数 (式中,J 为导线的电流密度,一般取J=3~5 , 为每根导线的导电面积.). 副边绕组的导电股数:①全桥方式:变压器只有一个副边绕组,根据变压器原副边电流关系,副边的电流有效值最大值为: ;②半波方式:变压器有两个副边绕组,每个负载绕组分别提供半个周期的负载电流,因此其有效值为 ( 为输出电流最大值).因此副边绕组的导线股数为(5)核算窗口面积 在计算出变压器的原副边匝数、导线线径及股数后,必须核算磁芯的窗口面积是否能够绕得下或是否窗口过大.如果窗口面积太小,说明磁芯太小,要选择大一点的磁芯;如果窗口面积
反激式变压器的设计实例
反激式变压器的设计实例 尽管在buck变换器的设计中没有用到反激式变压器，但由于反激式变压器介于电感与变压器之间，为了帮助大家进一步搞清楚这个特殊的磁性元件，在此我们给出反激式变压器的设计，并作为设计范例。介绍的内容要比直流电感简单一些，但是很多方面是一致的。说明一下，这里设计的反激式变压器是有隔离的，而非隔离反激式电感的设计除了没有副边以外，其他的几乎相同。我们的设计要求为：直流输入电压为48V(为了简便起见，假设没有线电压波动)，功率输出为10W，开关频率是250kHz，允许功率损耗0.2W(根据总的损耗，可以知道变换器的效率要求)，因此变换器效率为98％(0.2W／10W=2％)。效率的大小与磁芯的尺寸有关，变压器体积越小，效率越低。 (隔离、断续模式的)反激式变压器原边设计时只需要用到四个参数：输出功率、开关频率、功耗、输入电压(设计非隔离反激式电感也只需这四个参数)。这里，我们还没有提到电感量，电感量由很多参数决定，在下面的内容中我们将会介绍它们之间的关系。 我们用UC3845芯片(8脚、中等价格)提供PWM信号，其最大占空比为45％，占空比的大小是根据变换器是工作在连续状态还是断续状态来确定的，稍后的章节中将介绍如何计算占空比，在这个例子中，我们选用断续模式。 我们再增加一项设计要求：就是变压器体积要尽量小，有一定的高度限制。我们将会看到，变压器的设计与电感的设计不完全相同，变压器通常可以选用多种不同的磁芯来实现相同的电气特性。在这个例子中，还要根据其他一些要求来选择磁芯，包括尺寸、成本等因素。 1 反激式变压器的主要方程 首先，我们做一些基本的准备工作。正如这一章一开始介绍的理论内容中所说的那样，当反激式变换器原边开关器件导通时，变压器原边绕组的作用相当于一个电感。电压加在原边电感上，开关导通期间，电流持续上升： 这里，DC是占空比，f是开关频率，T=1／f是开关周期，这个方程适用于电流断续模式反激式变压器，原边电流波形如图案5-17所示。
高频变压器匝数计算
高频变压器参数计算 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 * S ⑴ Ф ----- 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) B = H * μ⑵ μ ----- 磁导率(无单位也叫无量纲) H ----- 磁场强度(伏特每米) H = I*N / l ⑶ I ----- 电流强度(安培) N ----- 线圈匝数(圈T) l ----- 磁路长路(米) 2．电感中反感应电动势与电流以及磁通之间相关关系式： E L =⊿Ф / ⊿t * N ⑷ E L = ⊿i / ⊿t * L ⑸ ⊿Ф ----- 磁通变化量(韦伯) ⊿i ----- 电流变化量(安培) ⊿t ----- 时间变化量(秒) N ----- 线圈匝数(圈T) L ------- 电感的电感量(亨) 由上面两个公式可以推出下面的公式： ⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L 变形可得： N = ⊿i * L/⊿Ф 再由Ф = B * S 可得下式: N = ⊿i * L / ( B * S ) ⑹ 且由⑸式直接变形可得： ⊿i = E L* ⊿t / L ⑺ 联合⑴⑵⑶⑷同时可以推出如下算式: L =(μ* S )/ l * N2⑻ 这说明在磁芯一定的情况下电感量与匝数的平方成正比(影响电感量的因素) 3．电感中能量与电流的关系： Q L = 1/2 * I2 * L ⑼ Q L -------- 电感中储存的能量(焦耳) I -------- 电感中的电流(安培) L ------- 电感的电感量(亨) 4．根据能量守恒定律及影响电感量的因素和联合⑺⑻⑼式可以得出初次级匝数比与占空比的关系式： N1/N2 = (E1*D)/(E2*(1-D)) ⑽ N1-------- 初级线圈的匝数(圈) E1-------- 初级输入电压(伏特) N2-------- 次级电感的匝数(圈) E2-------- 次级输出电压(伏特)
高频高压变压器分布电容的分析与处理解析
高频高压变压器分布电容的分析与处理 摘要：本文在分析高频变压器分布参数机理的基础上，以高压直流LCC谐振变换器为实例，阐述了高频高压变压器分布电容对电路带来的不利影响，提出了一种补偿的方法，进行了仿真和实验，提出了高频高压变压器分布电容的测试方法，推导了补偿电感的计算公式，综合使用了两种针对分布电容的处理方法。实验结果表明该方法的正确性。 关键词：分布电容高频变压器 LCC谐振 Analysis and Disposal of Distributed Capacitance in High-Frequency and High-Voltage Transformer Jin Shun1 ， Zheng Guang1 ，Shi Ming2 （Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; Xi’an Telecom, Xi’an 710003,China） Abstract: On the base of analyzing of mechanism of distributed parameters in high frequency transformer, and with a instance of LCC resonant converter , the disadvantage of distributed capacitance in high-frequency and high-voltage transformer is described .A compensation method ,waveforms of both simulation and experiment, and a method of measuring distributed capacitance are given .Formula for calculation compensation inductance is derived .Two methods are used in solving the trouble . Experimental results are presented to verify the theory. Key words: Distributed Capacitance High Frequency Transformer LCC Resonant 1 前言
反激变压器设计实例(一)
反激变压器设计实例（一） 目录 1.导论 (1) 2.磁芯参数和气隙的影响 (1) 2.1 AC极化 (2) 2.2 AC条件中的气隙影响 (2) 2.3 DC条件中的气隙影响 (2) 3. 110W反激变压器设计例子 (3) 3.1 步骤1，选择磁芯尺寸 (3) 3.2 步骤2，选择导通时间 (5) 3.3 步骤3，变换器最小DC输入电压的计算 (5) 3.4 步骤4，选择工作便宜磁通密度 (5) 3.5 步骤5，计算最小原边匝数 (6) 3.6 步骤6，计算副边匝数 (6) 3.7 步骤7，计算附加匝数 (7) 3.8 步骤8，确定磁芯气隙尺寸 (7) 3.9 步骤9，磁芯气隙尺寸（实用方法） (8)
3.10 步骤10，计算气隙 (8) 3.11 步骤11，检验磁芯磁通密度和饱和裕度 (9) 4 反激变压器饱和及暂态影响 (10) 1.导论 由于反激变换器变压器综合了许多功能（储存能量、电隔离、限流电感），并且还常常支持相当大的直流电流成分，故比直接传递能量的正激推挽变压器的设计困难得多、以下变压器设计例子中没选择过程使用反复迭代方法，无论设计从哪里开始没开始时须有大量近似的计算。没有经验工程师的问题是要得到对控制因数的掌握。特别的，磁芯大小、原边电感的选择、气隙的作用、原边匝数的选择以及磁芯内交流和直流电流（磁通）成分的相互作用常常给反激变压器设计带来挑战。 为使设计者对控制因数有好的感觉，下面的设计由检查磁芯材料的特性和气隙的影响开始，然后检查交流和直流磁芯极化条件，最后给出100W变压器的完整设计。 2.磁芯参数和气隙的影响 图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的B/H（磁滞回归线）环。 注意到虽然B/H环的磁导率（斜率）随气隙的长度变化，但磁芯和气隙结合后的饱和磁通密度保持不变。进一步，在有气隙的情况下，磁场强度H越大，剩磁通密度B r越低。这些变化对反激变压器非常有用。