高频电源变压器设计原则要求和程序

4.3磁芯参数
　　高频电源变压器磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。
　　对变压器功率传送方式的磁通单方向变化工作模式，ΔB=Bm－Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要地是受损耗限制。但是单方向变化的高频电源变压器工作时，沿局部磁滞回线来回变化，磁芯损耗比双方向变化沿大的磁滞回线来回变化小，只有它的30％～40％。而材料测试时是按正弦波双向激磁条件下变化的ΔB为2Bm进行的。因此，Bm可以取材料测试损耗值时，选取的B值高一倍以上。Br受材料磁滞回线上的Br限制，可以用开气隙的办法来降低Br，以增大磁通密度变化值ΔB。虽然开气隙后，激磁电流有所增加，但增大ΔB后可以减少磁芯体积，还是值得的。对变压器功率传送方式磁通双方向变化工作模式，ΔB=2Bm，工作的磁滞回线包围的面积比局部回线大得多，损耗也大得多，Bm主要受损耗限制，在双方向变化工作模式中，还要注意由于各种原因造成激磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯磁路中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容，或者采用电流型控制来解决。
　　对电感器功率传送方式，磁导率是有气隙后的等值磁导率，一般都比磁化曲线测出的磁导率小。可以在确定磁芯结构后，直接测试它。“设计要点”一文中的高频电源变压器采用电感器功率传送方式。不知道为什么不提选用的磁导率，而提BAC或者Bm？也不提BAC或Bm与损耗的关系？
　　4.4　线圈参数
　　高频电源变压器设计的线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，绕组排列和绝缘安排。
　　原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感（储存能量）来决定，匝数不能过多，也不能过少。如果匝数过多，会增加漏感和绕线工时；如果匝数过少，在外加激磁电压比较高时，有可能使匝间电压降和层间电压降增大，而必须加强绝缘。
　　副绕组匝数由输出电压决定。高频电源变压器主要用于高频开关电源。开关电源可以对输出电压进行调整，调整上限受允许的开关占空比限制。在从要求的负载电压计算变压器输出电压时，应考虑开关占空比，串联二极管压降和变压器的内阻抗压降。
　　导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。绕组损耗（铜损）占总损耗比例比较大时，推荐电流密度取2～4A/mm2，铜损占总损耗比例比较小时，推荐电流密度取8～12A/mm2，但是，要经过变压器温升校核后进行必要的调整。还要注意的是导线截面（直径）的大小还与漏感有关。在同样匝数下，导线截面直径增加，内层排列的匝数减少，层数增加。而漏磁场分布靠近磁芯的内层大，外层小，与磁芯距离平方成反比例地衰减。这样，漏磁通大的内层交链的匝数减少从而使漏感下降。
　　“设计要点”一文中提出的绕组排列形式，是一般用的绕组排列方式：原绕组靠近磁芯，副绕组和反馈绕组逐渐向外排列。这种绕组排列形式并不理想。下面推荐两种绕组排列形式：
　　1）如果原绕组电压高（例如220V），副绕组电压低，可以采用副绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排；
　　2）如果要增加原和副绕组之间耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的绕组排列形式，这样有利于减少漏感。
　　绝缘安排首先要注意使用的电磁线和绝缘件的绝缘材料等级，要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。等级低，满足不了耐热要求，等级过高，会增加不必要的材料成本。其次，对在圆柱形磁路上绕线的线圈，最好采用线圈骨架，既可以保证绝缘，又可以简化绕线工艺。还有，线圈最外层和最里层，高压和低压绕组之间都要加强绝缘。如果一般绝缘只垫一层绝缘薄膜，加强绝缘应垫2～3层绝缘薄膜。
　　4.5　组装结构
　　高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组装结构，上下表面比较大，有利于散热
　　或者附加散热器，高度低，有利于安装在印刷电路板上。组装结构中采用的夹件和接线端子等尽量采用标准件，以便于外协加工，降低成本。
　　4.6　温升校核
　　温升校核可以通过计算和样品测试来进行。一般通过样品试验进行温升核算的比较多一些。如果样品试验温升不超过允许温升，可以通过。但是试验温升低于允许温升15℃以上，要对绕组的电流密度和导线截面进行调整，适当增加电流密度和减少导线截面。如果样品试验温升超过允许温升，则要对绕组的电流密度和导线截面进行调整，适当减少电流密度和增加导线截面。如果增加导线截面，窗口绕不下，要增加磁芯尺寸。如果样品试验磁芯温升超过允许温升，则要增加磁芯的散热面积，加大磁芯。