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《高頻電源變壓器磁芯的設(shè)計原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、電源招聘專家高頻電源變壓器磁芯的設(shè)計原理 1引言 電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對高頻開關(guān)式電源不斷提出新的要求。據(jù)報導(dǎo)，全球開關(guān)電源市場規(guī)模已超過100億美元。通信、計算機和消費電子產(chǎn)品是開關(guān)電源的三大主力市場。龐大的開關(guān)電源市場主要由AC/DC和DC/DC開關(guān)電源兩部分組成。據(jù)預(yù)測，AC/DC開關(guān)電源全球銷售收入將從1999年的91億美元增加到2004年的122億美元，年平均增長率為5.9%。低功率（0～300W）的AC/DC將面向增長平穩(wěn)的消費電子產(chǎn)品和計算機市場；大功率（750～1500W）的
2、AC/DC電源將面向增長強勁的電信市場。DC/DC電源約占整個開關(guān)電源市場的30%，但計算機與通信技術(shù)的快速融合，帶動了DC/DC模塊式電源的迅速增長。預(yù)計今后幾年，DC/DC電源模塊增長速度將超過AC/DC電源，有人估計，中國今后五年，DC/DC電源模塊市場年增長將達15%，增長主要是在電信領(lǐng)域。開關(guān)式電源技術(shù)發(fā)展趨勢是高密度、高效率、低噪聲，以及表面貼裝化。無論是AC/DC或DC/DC電源，除了功率晶體管外，由軟磁鐵氧體磁芯制成的主電壓器、扼流圈及其它電感器（如抗噪聲濾波器）是極重要的元件，其磁
3、性能和尺寸直接關(guān)系到電源的轉(zhuǎn)換效率和功率密度等。在變壓器設(shè)計中，主要包括繞組設(shè)計和磁芯設(shè)計。本文擬重點討論涉及主變壓器磁芯設(shè)計中應(yīng)考慮的通過功率、性能因子、熱阻等參數(shù)，并對降低磁芯總損耗提出了材料微觀設(shè)計應(yīng)考慮的方法?！ ? 電源變壓器磁芯性能要求及材料分類 為了滿足開關(guān)電源提高效率和減小尺寸、重量的要求，需要一種高磁通密度和高頻低損耗的變壓器磁芯。雖然有高性能的非晶態(tài)軟磁合金競爭，但從性能價格比考慮，軟磁鐵氧體材料仍是最佳的選擇；特別在100kHz到1MHz的高頻領(lǐng)域，新的低損耗的高頻功率鐵
4、氧體材料更有其獨特的優(yōu)勢。為了最大限度地利用磁芯，對于較大功率運行條件下的軟磁鐵氧體材料，在高溫工作范圍（如80～100℃），應(yīng)具有以下最主要的磁特性： 1）高的飽和磁通密度或高的振幅磁導(dǎo)率。這樣變壓器磁芯在規(guī)定頻率下允許有一個大的磁通偏移，其結(jié)果可減少匝數(shù)；這也有利于鐵氧體的高頻應(yīng)用，因為截止頻率正比于飽和磁通密度。 2）在工作頻率范圍有低的磁芯總損耗。在給定溫升條件下，低的磁芯損耗將允許有高的通過功率?！ 「綆У囊髣t還有高的居里點，高的電阻率，良好的機械強度等?！ ⌒掳l(fā)布的“軟磁鐵氧體材料
5、分類”行業(yè)標準（等同IEC61332：1995），將高磁通密度應(yīng)用的功率鐵氧體材料分為五類，見表1。每類鐵氧體材料除了對振幅磁導(dǎo)率和功率損耗提出要求外，還提出了“性能因子”參數(shù)（此參數(shù)將在下面進一步敘述）。從PW1～PW5類別，其適用工作頻率是逐步提高的，如PW1材料，適用頻率為15～100kHz，主要應(yīng)用于回掃變壓器磁芯；PW2材料，適用頻率為25～200kHz，主要應(yīng)用于開關(guān)電源變壓器磁電源招聘專家芯；PW3材料，適用頻率為100～300kHz；PW4材料適用頻率為300kHz～1MHz；PW5
6、材料適用頻率為1～3MHz?，F(xiàn)在國內(nèi)已能生產(chǎn)相當于PW1～PW3材料，PW4材料只能小量試生產(chǎn)，PW5材料尚有待開發(fā)?！ ”娝苤?，變壓器的可傳輸功率Pth正比于工作頻率f，最大可允許磁通密度Bmax(或可允許磁通偏移ΔB)和磁路截面積Ae，并表示為 Pth=CfBmaxAeWd（1） 式中，C為與開關(guān)電源電路工作型式有關(guān)的系數(shù)（如推挽式C=1；正向變換器C=0.71；反向變換器C=0.61）；Wd為繞組設(shè)計參數(shù)（包含電流密度S，占空因子fCu，繞組截面積AN等）。 這里，我們重點討論（fBm
7、axAe）參數(shù)（暫不討論繞組設(shè)計參數(shù)Wd）。增大磁芯尺寸（增大Ae）可提高變壓器通過功率，但當前開關(guān)電源的目標是在給定通過功率下要減小尺寸和重量。假定固定溫升，對一個給定尺寸的磁芯，通過功率近似正比于頻率。圖1示出變壓器可傳輸功率Pth與頻率f的關(guān)系。提高開關(guān)頻率除了要應(yīng)用快速晶體管以外，還受其它電路影響所限制，如電壓和電流的快速改變，在開關(guān)電路中產(chǎn)生擴大的諧波譜線，造成無線電頻率干擾，電源的輻射。對變壓器磁芯來說，提高工作頻率則要求改進高頻磁芯損耗。圖1中N67材料（西門子公司）比N27材料有更低
8、的磁芯損耗，允許更大的磁通密度偏移ΔB，因而變壓器可傳輸更大的功率。圖2示出磁芯損耗與頻率的關(guān)系。磁芯總損耗PL與工作頻率f及工作磁通密度B的關(guān)系由下式表示： PL=KfmBnVe（2）電源招聘專家 式中，n是Steinmetz指數(shù)，對功率鐵氧體來說，典型值是2.5；指數(shù)m=1～1.3（當磁損耗單純地由磁滯損耗引起時，m=1；當電源招聘專家f=10～100kHz時，m=1.3；當f＞100kHz時，m將隨頻率增高而增大，見圖2，這個額外損耗是由于渦流損耗或剩余損耗
