电源设计指南——变压器的要求和技术参数解析

组的电能，使铁心激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁变成电能，释放给负载。传送功率的大小，决定于铁心的储能，也就是决定于电感器的电感量。电感量不直接与饱和磁通密度有关，而与磁导率有关。磁导率高，电感量大，传送能量多，传送功率大。钴基非晶合金磁导率为（1—1.5）×106，铁基纳米晶合金导磁率为（5—8）×105，铁基非晶合金磁导率为（2—4）×105，硅钢磁导率（2— 9）×104，MnZn软磁铁氧体磁导率为（1—3）×104。作为电感器用铁心材料，钴基非晶合金和铁基纳米晶合金占优势，硅钢和MnZn软磁铁氧体处于劣势。

　　传送功率大小，还与单位时间内的传送次数有关，即与变压器和电感器的工作频率有关。工作频率越高，在同样尺寸的铁心和同样匝数的线圈条件下，传送功率越大。

　　电压变换通过变压器初级和次级线组的匝数比来完成。不管变压器功率传送大小如何，初级和次级绕组的匝数比就等于输入和输出的电压变换比。

　　绝缘隔离，通过变压器初级和次级绕组的绝缘结构来完成。外加电压和变换电压越高，绝缘结构越复杂。一般电子变压器外加电压小于1kV，绝缘结构比较简单。电力变压器外加电压超过6kV，绝缘结构比较复杂，除了承受工频试验电压而外，还要求承受短时冲击试验电压。

　　电感器的纹波抑制通过自感电势来实现。只要流过电感器的电流发生变化，线圈在铁心中产生的磁通也会随着发生变化，使电感器线圈两端出现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻止电流的变化。纹波的变化频率比工作频率（基本频率）高，因此更能被电感器产生的自感电势抑制。纹波抑制能力决定于自感电势的大小，也就是决定于电感量大小。电感量与铁心材料的磁导率有关，从电感器抑制纹波能力来看，磁导率大的钴基非晶合金和铁基纳米晶合金作为铁心材料比较好，磁导率小的硅钢和MnZn软磁铁氧体作为铁心材料比较差。

　　2.3提高效率

　　提高效率是对电源中变压器的一个重要要求，一个原因是由于石油、煤等能源价格上涨，节能成为当代的一个重要任务。许多电子设备，包括电源在内，不单要求考核负载时的能耗，还要求考核待机（接近空载）时的能耗。电源中变压器的损耗是电源待机能耗中的主要部份。另一个原因是电源中变压器数量巨大，虽然从单个电源中变压器来看，损耗只有几瓦，并不多。但是成十万个，成百万个电源中变压器，总损耗可达到几十万瓦，几百万瓦，相当可观。还有，许多电源中变压器一直长期运行，年总损耗决不是一个小数目。因此，电源中变压器必须提高效率，降低损耗成为一个重要要求。

　　电源中变压器损耗包括铁心损耗和线圈损耗。铁心损耗只要电源中变压器投入运行，一直存在，是变压器空载损耗的主要部分。在设计和制作变压器铁心时，要选择损耗比较低的铁心材料。铁心材料损耗与变压器铁心的工作磁通密度和工作频率有关，因此，铁心材料的损耗必须注明。例如：P1.4/50是工作磁通密度 1.4T和工作频率50HZ下的损耗。P1.0/400是工作磁通密度1.0T和工作频率400HZ下的损耗。P0.25/100K是工作磁通密度 0.25T（250mT）和工作频率100kHZ下的损耗。

铁心材料损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，涡流损耗与铁心材料电阻率有关。电阻率越大，涡流损耗越校MnZn软磁铁氧体电阻率为108— 109μΩcm，在高频中涡流损耗小，在电源中的高频变压器中应用占优势，铁基非晶合金电阻率为130——150μΩcm，硅钢电阻率为20— 40μΩcm，比MnZn软磁铁氧体小106—107倍，在高频中涡流大。如果要在电源中的高频变压器中应用，必须采取措施，例如减少金属铁心材料的厚度，现在各种工作频率的变压器使用的金属铁心材料的带材厚度一般是：工频50HZ—60HZ用0.50—0.23mm（500—230μm），中频 400HZ至1kHZ用0.20—0.08mm（200—80μm），1kHZ至20kHZ用0.10-0.025mm（100-25μm），中高频 20kHZ至100kHZ用0.05-0.015mm（50-15μm），高频100kHZ至1MHZ用 0.02-0.005mm（20-5μm），1MHZ以上用小于5μm。铁基非晶合金由于喷带设备原因，带厚一般为40—25μm，在工频50HZ至中频 400HZ—20kHZ时都可使用。用于中高频和高频的铁基纳米晶合金，带厚一般都小于18μm。以前人有认为：铁心的填充系数与金属铁心材料的带厚有关，并且提出一个计算的经验公式，把铁心材料的带厚作为决定铁心填充系数的唯一因数。现在看来，这个计算铁心填充系数的经验公式并不完全成立。因为，铁心填充系数并不只由铁心材