《國(guó)際電子變壓器》2003年第8期上的一篇好文!!
下面這篇文章是《國(guó)際電子變壓器》編委會(huì)主任徐澤瑋高工寫的,發(fā)表在《國(guó)際電子變壓器》2003年第8期上,我覺得是篇好文,給大家分享一下.....

                         高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序
                       Design Principle 、Reguest and Program of High Freguency Power Transformer

摘    要:本文從高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品(即商品)出發(fā),提出它的設(shè)計(jì)原則和要求,并介紹它的設(shè)計(jì)程序.
關(guān)鍵詞:  高頻電源變壓器     設(shè)計(jì)原則     要求     程序


1 前言
    電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離,作為一種主要的軟磁電磁器件,在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用.根據(jù)傳送功率的大小,電源變壓器可以分為幾檔:10kVA以上為大功率,10kVA至0.5kVA為中功率,0.5kVA至25VA為小功率,25VA以下為微功率.傳送功率不同,電源變壓器的設(shè)計(jì)也不一樣,應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送,把英文名稱“Power Transformers”譯成“功率變壓器”,在許多文獻(xiàn)資料中仍然在使用.究竟是叫“電源變壓器”,還是叫“功率變壓器”好呢?有待于科技術(shù)語(yǔ)方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來選擇決定.
    同一個(gè)英文名稱“Power Transformer”,還可譯成“電力變壓器”.電力變壓器主要用于電力輸配系統(tǒng)中起功率傳送、電壓變換和絕緣隔離作用,原邊電壓為6kVA以上的高壓,功率最小5kVA,最大超過上萬(wàn)kVA.電力變壓器和電源變壓器,雖然工作原理都是基于電磁感應(yīng)原理,但是電力變壓器既強(qiáng)調(diào)功率傳送大,又強(qiáng)調(diào)絕緣隔離電壓高,無(wú)論在磁芯線圈,還是絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,都與功率傳送小,絕緣隔離電壓低的電源變壓器有顯著的差別,更不可能將電力變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件生搬硬套地應(yīng)用到電源變壓器中去.電力變壓器和電源變壓器的設(shè)計(jì)方法不一樣,也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.
    高頻電源變壓器是工作頻率超過中頻(10kHz)的電源變壓器,主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(guān)電源變壓器,也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源變壓器的.按工作頻率高低,可分為幾個(gè)檔次:10kHz-50kHz、50kHz-100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上.傳送功率比較大的,工作頻率比較低;傳送功率比較小的,工作頻率比較高.這樣,既有工作頻率的差別,又有傳送功率的差別,工作頻率不同檔次的電源變壓器設(shè)計(jì)方法不一樣,也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的.
    如上所述,作者對(duì)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序不存在錯(cuò)誤概念,而是在2003年7月初,閱讀《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期特別推薦的2篇高頻磁性元件設(shè)計(jì)文章后,產(chǎn)生了疑慮,感到有些問題值得進(jìn)一步商討,因此才動(dòng)筆寫本文.正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語(yǔ)所說的那樣:“具體地分析具體情況”,寫的目的,是嘗試把最難詳細(xì)說明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問題弄清楚.如有說得不對(duì)的地方,敬請(qǐng)幾位作者和廣大讀者指正.

2 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則
    高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品,自然帶有商品的屬性,因此高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣,是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好.有時(shí)可能偏重性能和效率,有時(shí)可能偏重價(jià)格和成本.現(xiàn)在,輕、薄、短、小,成為高頻電源的發(fā)展方向,是強(qiáng)調(diào)降低成本.其中成為一大難點(diǎn)的高頻電源變壓器,更需要在這方面下功夫.所以在高頻電源變壓器的“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中,只談性能,不談成本,不能不說是一大缺憾,如果能認(rèn)真考慮一下高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則,追求更好的性能價(jià)格比,傳送不到10VA的單片開關(guān)電源高頻變壓器,應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出更輕、薄、短、小的方案來.不談成本,市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)律是無(wú)情的!許多性能好的產(chǎn)品,往往由于價(jià)格不能為市場(chǎng)接受而遭冷落和淘汰.往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決.一些“節(jié)能不節(jié)錢”的產(chǎn)品為什么在市場(chǎng)上推廣不開值得大家深思.
    產(chǎn)品成本,不但包括材料成本,生產(chǎn)成本,還包括研發(fā)成本,設(shè)計(jì)成本.因此,為了節(jié)約時(shí)間,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),對(duì)高頻電源變壓器的鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數(shù)據(jù),對(duì)窗口填充程度、繞組導(dǎo)線和結(jié)構(gòu)推薦一些方案,有什么不好?為什么一定要按步就班的來回進(jìn)行推算和仿真,才不是概念錯(cuò)誤?作者曾在20世紀(jì)80年代中開發(fā)高頻磁放大器式開關(guān)電源,以溫升最低為條件,對(duì)高頻電源變壓器進(jìn)行過優(yōu)化設(shè)計(jì).由于熱阻難以確定,結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn),不得不再次修正.現(xiàn)在有些公司的磁芯產(chǎn)品說明書中,為了縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源變壓器的時(shí)間,有的列出簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)公式,有的用表列出磁芯在某種工作頻率下的傳送功率.這種既為用戶著想,又推廣公司產(chǎn)品的雙贏行為,是完全符合市場(chǎng)規(guī)律的行為,決不是什么需要辨析的錯(cuò)誤概念.問題是提供的參考數(shù)據(jù),推薦的方案是否是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)?有沒有普遍性?包括“辨析”一文中提出的一些說法,都需要經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn),才能站得住腳.
    總之,千萬(wàn)記住:高頻電源變壓器是一種產(chǎn)品(即商品),設(shè)計(jì)原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好.檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能否經(jīng)受住市場(chǎng)的考驗(yàn).

3 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求
    以設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn),可以對(duì)高頻電源變壓器提出四項(xiàng)設(shè)計(jì)要求:使用條件,完成功能,提高效率,降低成本.
3.1 使用條件
    使用條件包括兩方面內(nèi)容:可靠性和電磁兼容性.以前只注意可靠性,現(xiàn)在由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng),必須注意電磁兼容性.
    可靠性是指在具體的使用條件下,高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止.一般使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度.有些軟磁材料,居里點(diǎn)比較低,對(duì)溫度敏感.例如錳鋅軟磁鐵氧體,居里點(diǎn)只有215℃,磁通密度、磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化,除正常溫度25℃而外,還要給出60℃、80℃、100℃時(shí)的各種參考數(shù)據(jù).因此,錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的溫度限制在100℃以下,也就是環(huán)境溫度為40℃時(shí),溫升只允許低于60℃,相當(dāng)于A級(jí)絕緣材料溫度.與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件,一般都采用E級(jí)和B級(jí)絕緣材料,采用H級(jí)絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜,是不是大材小用?成本增加多少?是不是因?yàn)镠級(jí)絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案,可以使體積減少1/2~1/3的緣故?如果是,請(qǐng)舉具體實(shí)例數(shù)據(jù).作者曾開發(fā)H級(jí)絕緣工頻50Hz10kVA干式變壓器,與B級(jí)絕緣工頻50Hz 10kVA干式變壓器相比,體積減小15%到20%,已經(jīng)相當(dāng)可觀了.本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器,如次級(jí)繞組采用三重絕緣線,能把體積減小1/2~1/3,那一定是很寶貴的經(jīng)驗(yàn).請(qǐng)有關(guān)作者詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以便廣大讀者學(xué)習(xí).......(文章太長(zhǎng),要了解祥文,找《國(guó)際電子變壓器》要把,www.big-bit.com)