高频开关电源变压器的设计

苏治平 柳超

摘 要：随着时代的发展和进步，技术手段也在不断完善，公众对电力的需求也在日益增加。基于此，关注电源技术的发展具有重要意义，电源技术的发展前景越来越广阔，其主要发展方向是逐步发展高能量密度的电源技术。本文主要介绍高频开关电源变压器的设计和实际应用。

关键词：高频开关电源;变压器;设计

引言：变压器是电源产品的重要核心单元，变压器的性能在很大程度上会影响電力产品的性能。开关电源一直是未来能源产品的发展趋势。传统的工频变压器体积大、效率低、成本高。正是由于上述缺点，它在设计和市场上逐渐失去了优势，而开关电源技术能够有效地改善上述问题，发挥工作效率高、体积小、成本低的显著优势，并逐渐被广泛应用于多种产品中。

一、高频变压器

所谓高频变压器是指工作频率高于中频的电力变压器，也是开关电源的重要组成部分，其输出电压主要由各绕组线圈的匝数比决定，而输出功率与工作效率有着显著的关系。开关电源主要采用半桥功率转换电路，这也是实现电路转换的有效措施。两桥臂中的两个开关元件主要通过高频模式依次连接，然后逐渐形成高频脉冲波，然后通过高频变压器完成低压交流输出。影响其性能的主要因素是变压器的漏感和分布电容。

二、高频开关的理论分析

1高频开关电源分析

该电源是指一种主要用于转换高频能的开关设备，能够执行多种功能，合理转换标准电压，并将其转换为标准电压或电流。这种电源开关的使用原理通常通过处于高频模式的电子元件进行转换，通过这种电子元件可以合理地调节电力。虽然高频电源开关的结构有一定的不同，但基本原理相同，一般主要由电路、检测仪器和电路组成，存在一定的相同性。

2串联谐振电路

对于高频电断路器的分析，其开关是柔性刚性开关的一部分。硬开关的使用通常是通过PVM来实现的，在PVM中，由于断路太频繁而导致的开关损耗相对过大，其值通常在一定程度上与断路频率成正比，并且在这一过程中电感和寄生电容的分布，可能导致损耗增加，对提高断路器频率有非常不利的影响，简而言之，有很多负面影响，软开关的使用方式是用谐振器切断电源，不能承受相应的电压，因此在损耗的大小上有相当大的优势。

3高频电压器分析

所谓高频电压器，是指变压器的工作方式始终高于中频，是开关电源中的一个重要组成部分，因此，输出电压的决定因素是每个绕组的绕组匝数。在此基础上，高频电压输出功率与工作效率的关系非常密切.在操作过程中，电源开关一般在半模功率转换模式下工作，通过这种方式逐步实现两臂开关电桥之间的有效电能转换，保证高频模式下的流量，然后形成一些重复，为了降低高频变压器的电压，进而给出一定的低压电流输出.同时，变压器电感和配电电容对性能的运行也起着重要作用。

三、高频开关电源变压器的设计要点

1整体设计

对于常用的可调开关电源，需要将电压控制在相对合适的范围内，电流控制在最大设计值内。高压可调高频开关电源设计方案的结构结构起到了补压网络和电流补偿网络的作用，客观合理地确定了输出电压和最大工作电流。一旦工作电流超过最大设定电流，电压将不会持续增加，从而对电源起到一定的保护作用。DC/DC变换器采用半桥拓扑，将整套采样电阻用于采集输出电压和输出电流的电感，电压补偿网络和电流补偿网络，合理地与运算放大器形成有源校正网络，通过网络补充两个输出控制量，并在使用最小功能选择后将其发射到DC/DC转换器，这也是一种设计电源的方案，可以控制输出电压并限制最大工作电流。

2主电路设计

半桥拓扑晶体管在关断时所支持的电压为VDC，在输入网络电压为220V的市场上得到了广泛应用。它也是一种相对成熟的隔离拓扑。在进行电路设计时，难点是高频变压器的设计。在升压变压器的应用中，由于匝数比的原因，二次侧的匝数通常明显高于一次侧，因此变压器的体积将非常大，这也非常不适合现场应用。采用改进的半桥拓扑结构，变压器的辅助匝数比传统的半桥拓扑结构减少了50%左右，有利于减小功率体积和控制成本。

3参数优化设计

①温升

变压器在运行过程中，铁芯和绕组中的损耗会产生一定的热量，这会严重提高变压器的温度，而这种热量会通过辐射和对流在周围环境中不断增加，因此，必须注意合理控制温升，这对防止绕组烧损，降低磁芯性能下降和变压器热击穿的可能性非常有益。在计算变压器的温升时，通常将磁芯损耗和绕组结合在一起，热通过磁芯和绕组后，所有表面积逐渐均匀消散。

②分布参数

漏感和分布电容一直是高频电压电容器的重要分布参数。在高频下，分布参数对开关电源的性能有较大的影响，在开关变换器中，漏感会导致电压峰值，进而对某些电路元件造成相对不必要的损坏。此外，分布电容会导致电流尖峰，在一定程度上延长充电时间，甚至对开关和二极管造成深度损耗，严重降低变压器的效率和可靠性。基于此，在这种工作状态模式下，有必要最小化变压器的实际分布参数。这种谐振变换器有利于吸收和利用变压器的分布参数，也可以作为谐振参数或谐振参数的一部分。因此，在这种模式下，有必要对分布式设计容量和漏感进行准确的研究和设计。

③铁芯损耗设计

高频变压器中使用的磁性材料需要确保其具有低损耗、强稳定性和优良的温度特性。工业上常用的磁芯材料主要有软磁铁氧体、非晶合金和坡莫合金，其中锰锌铁氧体应用广泛。该材料具有较高的磁导率、稳定的居里温度和温度特性等显著的负温度特性，对解决高频变压器的容量、损耗、体积和散热问题具有重要意义。考虑到与铁心损耗有关的问题，由于硅钢和铁氧体等传统损耗模型已无法满足高频领域的相关性能要求，可以考虑使用新型低矩形比铁基纳米晶合金，在串联谐振电路单元中将一个完整的充电循环切割成开关子循环，然后计算每个子循环中相应的磁通密度增强功率损耗，然后，充电过程中磁芯的平均铁损通过总和计算。

4变压器的漏电感

铜绞线用于提高铜的占用率;采用宽薄铜箔，铜占用率最高;绕组设计为薄的，以减少漏感;二次绕组绕在一次绕组的中间，或二次励磁绕组绕在一次绕组的外侧，两组紧密结合。在设计变压器时，PCB板或整机的空间受到一定的限制，包括体积、工作频率等。，这使得变压器必须根据PCB板或整机的空间完成相关设计。根据体积、功率、频率等相关参数，确定变压器的实际型号和尺寸。根据变压器的实际输出和输入条件，得到变压器的初步原理图，然后通过生产实际样品来验证初步原理图是否满足相关设计要求。此时的试验特别指变压器的静态试验。

结语：总的来说，科技水平不断提高，社会多个行业对电源的需求不断增加。因此，改进电源技术具有重要意义，这也是提高社会经济发展水平的有效措施。因此，需要注意高频电压开关的设计和应用进行研究分析。

参考文献：

[1]冯立超. 高频开关电源变压器的设计及应用[J]. 无线互联科技，2018，15（02）：78-79.

[2]胡科堂. 高电压大功率开关电源拓扑电路的设计与研究[D].北京工业大学，2013.

[3]万志群. 基于半桥软开关AC/DC充电电源的设计及应用[D].厦门理工学院，2016.

[4]姜学东. 交直流叠加高频高压开关电源及其放电等离子体在多种污染物治理中的应用研究[D].北京交通大学，2017.

[5]常乐. 高频开关电源变压器的优化设计及其应用[J]. 电子技术与软件工程，2017（01）：235.