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1、高頻變壓器規范講義hanson5/1507規范文檔結構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式電源功率變壓器理解與設計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率磁導率飽和磁飽和磁通密度通密度Bs(GS)應用頻率應用頻率fmax(KHz)應用上的關鍵特性應用上的關鍵特性（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非非晶晶態態合合金金鐵基非晶（NACRF2），鐵鎳基非晶（NACRFN），鈷基非晶（NACRC068），超微晶（NACRNb）等100，00015，0001000優越的綜合特征參數；超低鐵損；高端領域應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；價價格低廉鎳鋅鐵氧體（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準中，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。磁損耗構成磁損耗構成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驗公式表示開關電源中磁材料的應用場合開關電源中磁材料的應用場合第二部分高頻功率變壓器特性實際變壓器模型實際變壓器等效電路模型實際變壓器等效電路模型從輸入側看的實際變壓器從輸入側看的實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窗口利用系數Kcu根據一些公式推導及實際經驗，對于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，窗口利用率會略有減小，Kcu值會略有減?。籰為解決漏感或EMI問題進行的繞組并聯或分段串聯、添加法拉第屏
5、蔽層等措施，Kcu值會因此而略有減小；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值會略有增加；l扁平窗口結構（窗口寬lwlh）相對與其對立者具有更好的窗口利用率，Kcu值會略有增加。第二部分高頻功率變壓器特性趨膚效應（趨膚效應（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。深度的數量值反應了電流密度分配不均的嚴重程度，或者是導線的交流電阻量。工程上還近似認為交流電只在這個徑向值內流動，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驗公式：方波正弦波0.7（如下常用頻率情況）趨膚效應下線經選擇的建議：趨膚效應下線經選擇的建議：（1）一些經驗顯示，盡可能使用細小線經可以對損耗（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為繞層增加引起的鄰近效應帶來的損耗增加量遠大于減小線經帶來的損耗改善（見后續介紹）。（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。銅箔厚度以上面計算方法估算。鄰近效應（鄰近效應（Proximity Effect）鄰
7、近效應也是交變電流產生的磁場所致，但與趨膚效應有所不同：鄰近效應是導電體對周圍導體的影響。在變壓器或電感分析中，其用于分析導電導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導電層（由各匝相互緊挨的一層繞線或是銅箔既構成一個導電層）。曲線及系數應用：曲線及系數應用：h：導電層有效高度。對于圓形導線構成得導電層h=；對于方形導體或箔片導體構成的導電層h=h。Fl：導電層系數。對于圓形導線構成得導電層Fl（Nper_layer是每導電層的匝數，d是圓導線有效導電直徑不包括漆包層等絕緣之用的厚度，w是導電層寬度）；對于箔片形導Fl1。Fl系數反應的是同一導電層上各匝之間相互挨靠的緊湊
8、程度（0 Fl1）。：趨膚深度。P：磁動勢mmf從零到峰值區間包含的層數。例如對于初次級繞組每一層都進行了交錯的情況P1；對于同一層里一半為初級一半為次級的情況P0.5。通過改變繞層的交錯方式即可改變P系數。Lleak公式表達了各物理量之間的關系：1）某一繞組的漏感量正比于改組匝數的平方；2）漏感與初次級交界數量（P）的平方成反比；3）初次級間的間距（Binter）致使的漏感量是導電層厚度（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lw成正比。漏感漏感變壓器繞線的絕緣及安規變壓器繞線的絕緣及安規第三部分高頻開關式電源功率變壓器理解與設計設計約束1）磁材料不飽和；
9、2）溫升不超規（磁芯和銅線損耗可控）；3）滿足工藝和安規要求。第三部分高頻開關式電源功率變壓器理解與設計基本設計步驟1）磁芯的選擇（包括材質、幾何形狀、幾何尺寸等）；2）繞組匝數及匝比的計算及實際調整；3）實際匝數及匝比條件下的再驗算；4）變壓器樣品的測試及調整。磁芯選擇磁芯理論選擇方法AP法磁芯尺寸表達了其傳遞能量的能力（PowerHandlingCapacity），由其參數APAwAe表達。對于不同的電路拓撲，AP公式具有如下的通用表達式：Po(h,l,Ae,Wa,Fs,Bac,J,Kcu)hl(AeWa)(FsBac)(JKcu)AP公式各參數的含義：公式各參數的含義：Po電路的最終輸出功率要求h電路的效率預計變壓器的初級單側繞線截面積在總繞線截面積中的占有系數l變壓器電流波形系數FsBac磁芯磁化頻率及磁通擺幅量之積，它決定了磁芯的一個最大考慮因素損耗密度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撲（h 確定），磁芯材質已知（Bac_Max確定），溫升約束確定（FsBac，JKcu）條件下，設計輸入Po完全可由AeWa確定。設計范例參見規范附件設計范例參見規范附件
高頻變壓器規范講義
