開關電源的高頻變壓器設計方案解析

? ? 摘 ?要
隨著電源技術的不斷發展，高頻化和高功率密度化已經成為開關電源的研究方向和發展趨勢，變壓器是開關電源的核心部件，并且隨著頻率和功率的不斷提高，其對電源系統的性能產生影響也日益重要，因此高頻開關電源的變壓器設計是實現開關電源發展目標的關鍵。
?????本文主要研究高頻變壓器的工作原理，作用和分類。高頻變壓器和低頻變壓器的工作原理一樣.就是頻率不同所用的鐵芯材料不同.低頻變壓器一般用鐵芯,高頻變壓器用鐵氧體磁芯或空芯。變壓器的工作原理是用電磁感應原理工作的。常見的帶隔離開關電源按按電路的拓撲結構：正激式、反激式、推挽式、半橋式
和全橋式，本人簡單介紹其工作原理，了解變壓器在開關電源中的作用。變壓器設計其實就是實現開關電源發展目標的關鍵，高頻變壓器的設計要求包括:使用條件,完成功能,提高效率,降低成本。
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??關鍵字：開關電源，?高頻變壓器 ?設計
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High-frequency switching power transformer design??
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???With the continuous development of power technology, high-frequency and high power density switching power supply technology has become the research and development trend, switching power supply transformer is the core component, and with increasing frequency and power, its power supply system increasingly important impact on performance, so high-frequency switching power supply switching power supply transformer design is to achieve development goals.
?????This paper studies the working principle of high-frequency transformer, function and classification. With the isolation of several commonly used in switching power supply transformer switch roles and work. And design a 30KHZ frequency switching power supply transformers.
??Keywords: switching power supply design of high-frequency transformer
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?? ?前 ?言
???隨著電子信息技術的不斷發展，各類電子設備的電源系統在客觀上要求小化、輕量化和高可靠性，制約這個目標實現的根本技術就是開關電源高頻化技術。開關電源變壓器是開關電源的核心部件，是實現能量(功率)轉換和傳輸的主要器件同時該器件又是開關電源體積和重量的主要占有者和發熱源。因此，要實現開電源的小型輕量化、平面智能化和高可靠性的目標，關鍵在于開關電源變壓器的高頻化。 ?
1 ?國內外研究現狀?
???20世紀60年代以前，人們普遍采用的是線性調節器式直流穩壓電源，即傳統的線性電源，這類電源由于串聯晶體管的高損耗和工頻變壓器較大的體積和重量，使得其效率低、很難實現小型化，功率密度一般僅為0．2～0．3形／加3。20世紀60年代，開關調節器式直流穩壓電源(開關電源)由于具有功率轉換效率高、穩壓范圍寬、功率密度比大、重量輕等優點，取代了線性電源。1964年，日本NEC雜志發表了兩篇具有指導性的文章：一篇為“高頻技術使AC／DC電源小型化"；另一篇為“脈沖調制用于電源小型化"。這兩篇文章指明了開關電源小型化的研究方向，即高頻化和脈沖寬度調制技術。1973年，美國摩托羅拉公司發表了一篇題為“觸發起20kHz的革命"的文章，從此在世界范圍內掀起了高頻開關電源的開發熱潮，并將DC／DC轉換器作為開關調節器用于開關電源，使電源的功率密度由1～4W／砌3增加到40～50形／in3。1980年以前，DC／DC轉換器的開關頻率為20"--'50kHz，從20世紀80年代起，由于一些新功率半導體開關器件、功率模塊和高頻磁性材料的出現，提高開關頻率已成為減小開關電源體積和重量的主要手段，同時也改善了開關電源的動態性能;八十年代國外開關電源的研究頻率就已經在1～IOMHZ;二十世紀末期，國外開關電源的功率也迅速得到提高，10---30kW的大功率開關電源在產品上已很成熟，更高功率的開關電源也有很快發展，如俄羅斯研制的用于雷達發射機的二140kW開關電源n21。目前國0．5～3MBz的高頻開關電源已實用化，200～500kHz已成為輸出IOOW以下開關電源的標開關頻率，開關電源的功率密度己向120W／in3的目標發展。開關電源的高頻化和高功率密度化的發展趨勢增加了變壓器優化設計的難度：一方面高頻化縮小了變壓器的體積并增加了磁心和繞組中的損耗，導致變壓器發熱嚴重且散熱表面減小，這對高頻變壓器的散熱設計提出了更高的要求；另一方面開關頻率的增加導致變壓器中的分布參數，即漏感和分布電容，對變換器的性能產生重要的影響。對于開關式變換器來說，漏感會引起電壓尖峰，對電路中的器件產生損壞，分布電容會引起電流尖峰并延長充電時間，增大開關以及二極管的損耗，降低變壓器的效率和可靠性，因此在這種工作模式下希望盡可能的減小變壓器中的分布參數.