高频变压器的设计.pdf

高频变压器制作 脉冲变压器也可称作开关变压器，或简单地称作高频变压器。在 传统的高频变压器设计中，由于磁芯材料的限制，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、 高频化和大功率化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。 随着应用技术领域的不断扩展， 开关电源的应用愈来愈广泛， 但 制作开关电源的主要技术和耗费主要精力就是制作开关变压器的部 件。 开关变压器与普通变压器的区别大致有以下几点： (1) 电源电压不是正弦波，而是交流方波，初级绕组中电流都是 非正弦波。 (2) 变压器的工作频率比较高，通常都在几十赫兹，甚至高达几 十万赫兹。在确定铁芯材料及损耗时必须考虑能满足高频工作的需要 及铁芯中有高次谐波的影响。 (3) 绕组线路比较复杂，多半都有中心抽头。这不仅增大了初级 绕组的尺寸， 增大了变压器的体积和重量， 而且使绕组在铁芯窗口中 的分布关系发生变化。 图 1 开关电源原理图 本文介绍了一款如图 1 所示的 DC— DC 变换器，输入电压为直 流 24V ，输出电压分别为 5V 及 12V 的多路直流输出。要求各路输 出电流都在 lA 以上，核心器件是美国 Unitrode 公司生产的一种高 性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片 UC3842 ，最高工作频率 可达 200kHz 。根据锌锰铁氧体合金的优异电磁性能，通过具体示例 介绍工作频率为 100kHz 的高频开关电源变压器的设计及注意事项。 2 变压器磁芯的选择与工作点的确定 2 ．1 磁芯材料的选择 从变压器的性能指标要求可知， 传统的薄带硅钢已很难满足变压 器在频率、使用环境方面的设计要求。磁芯的材料只有从坡莫合金、 铁氧体材料、 钴基非晶态合金和超微晶合金几种材料中来考虑。 坡莫 合金、钴基非晶态价格高， 约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强 度 Bs 也不是很高，且加工工艺复杂。考虑到我们所要求的电源输出 功率并不高，大约为 30W ，因此，综合几种材料的性能比较，我们 还是选择了饱和磁感应强度 Bs 较高，温度稳定性好，价格低廉，加 工方便的性价比较低的锌锰铁氧体材料， 并选以此材料作为框架的 E I28 来绕制本例中的脉冲变压器。 2 ．2 工作点的确定 根据相关资料， EC35 输出功率为 50W ，饱和磁感应强度大约在 2000Gs 左右。买来的磁芯，由于厂家提供的磁感应强度月，值并不 准确，可用图 2 所提供的方式粗略测试一下。将调压器接至原线圈， 用示波器观察副线圈输出电压波形。 将原线圈的输入电压由小到大慢 慢升高，直到示波器显示的波形发生奇变。此时，磁芯已饱和，根据 公式： U ＝4 ．44 f N 1 Φ m 可推知在工频时的 Φ m 值。要求不高时，可 根据测算出的 Φ m ，粗略估算出原线圈的匝数， 。 图 2 工作点测试示意图 3 变压器主要参数的计算 本