高频功率脉冲变压器的设计

!""概述 高频功率脉冲变压器是超声波发生器主回路中 十分重要的元件，其主要作用为磁耦合传递能量、电 气隔离、电压变换和阻抗变换等，其性能的好坏不仅 直接影响到输出是否产生波形的畸变及能量传输的 效率，而且可能影响到功率开关器件的安全工作。 本功率超声电源采用全桥式逆变电路，如图 ! 所示。输出功率为 "#$，工作频率为 "%#&’左右，其 传递的电压波形是交变正负对称的方波，因此在设 计时首先考虑的是保证铁心 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 在高频工作状态下 的功率损耗尽可能地小，即电阻率尽可能地大。其次 还要求较高的饱和磁通密度、动态磁导率和较好的 温度特性。目前，用于开关电源高频功率脉冲变压器 的材料主要有 ()*+, 基非晶、坡莫合金、-./. 铁氧 体三种。其中 -./. 铁氧体性能介于 ()*+, 基非晶 和坡莫合金之间，其成本低于非金合金，且其制作工 艺相对稳定。因此经过比较分析，采用 0"12（0 代 表软磁材料，"1 表示磁导率的标准值，2 表示磁通 密度较高）系列 -./. 铁氧体作为高频功率脉冲变 压器的铁心材料，其性能参数如表 !所示。 #""铁心形状的选择 目前，高频功率脉冲变压器通常所用的铁心结 构形式有 34 型、35 型、67 型、89 型、:- 型。其中 :-型和 67型结构与其它全开放式结构形式不同， 是一种半开放式结构。它的闭合铁心在外，绕组在 内，且中心柱成圆形，绕组绕合紧密，无尖角效应，因 此具有漏感小、杂散场小的优点，同时自身具有屏蔽 作用，可以有效地抑制外漏磁场及电磁干扰。另外 :-型与 67型相比具有散热条件相对较好的优点， 经比较决定选用 :-型结构形式;!<。 ! 变压器结构参数的MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714163432159_2 一般电力变压器的工作磁通密度 !=均设计在 !"# 曲线的接近拐点处。但从高频功率脉冲变压器 启动工作的瞬间状态来考虑，其第一个半周期瞬间 最大工作磁通密度为二倍稳态工作磁通密度，若前 次工作存在剩余磁通密度 !>，将导致磁通密度幅值 最大可近 "!=?!>。因此，如果工作磁通密度选择不 当，高频变压器将在启动瞬间发生饱和，励磁电流急 剧增加，而高频变压器和高频开关管直接相连，当加 上较高的工作电压，高频变压器饱和时，即使是极短 的几个工作周期，也会导致功率开关管的损坏。所以 为防止高频变压器的瞬间饱和，选择较低的工作磁 通密度。因为 !>总是小于 !=的，选择工作磁通密度 应满足小于 ! @ A!=，同时选取较小的工作磁通密度 变化量，将减小励磁电流，降低了空载损耗，对提高 高频功率脉冲变压器的设计 赵彩凤，于 志，王智勇 （哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 !"###$） 摘要：设计了超声波发生器全桥逆变电路中的高频变压器，并用高频脉冲变压器原边串联电容的方法来抑制 铁心磁偏，试验证明了其必要性和有效性。 关键词：高频变压器；铁心；磁通密度；偏磁 中图分类号：B-C%" 文献标识码：2 文章编号：!%%!*DC"E（"%%A）!%*%%%F*%A 表 ! "#$% 系列 &’(’铁氧体铁心材料性能参数表 磁导率 @ &·=*! 温度系数 @ G 居里温度 @ G 电阻率 @!·H= 饱和磁通密度 @ =B 剩磁感应 @ =B 频率 @ #&’ " %%% " %%% "%% !%% C %%% ! "%% A%% 注：温度系数为温度在一定范围内变化时，每 ! 摄氏度相应磁 导率的变化率。 第 !"卷 第 #"期 $""%年 #"月 !"#$%&’"()" &’()!" *+,’-./ 0’)#" $""% 变压器 赵彩凤、于 志、王智勇：高频功率脉冲变压器的设计第 !" 期 变压器的工作效率，降低温升亦有利。 !"# 确定高频变压器铁心的尺寸规格 开关电源输出功率与磁性材料的性质、几何形 状和尺寸之间的关系可表示为!"#： ! $%! &’ "(%)* + +#,$%*% - %).)/ （)） 式中 ! $———铁心有效截面积，$," ! &———铁心窗口面积，$," "(———变压器计算功率，0。表达式 "(’"*（)! 1)），其中 "*为输出功率；! 为变压器 效率，取 2*3 $———工作频率，45 %*———窗口占空系数，取 *.+ % -———绕组的电流密度系数，考虑温升近似 取 "6* 计算式（)）可得： ! $%! &! "."7%"%)* 6%)*+ +%*.)%"*%)*6%*.+%"6* ’/).)+$, + 同时，考虑到散热和绕组的空间流有余量，将理 论所计算的的值进行适当的扩大，并参考磁性材料 厂家的产品规格，选用 892:（89 为铁心形状，2: 表 示尺寸，为外径乘总高）型铁心材料，其中 ! &’/$,"。 !"$ 确定变压器的绕组匝数 对于进行方波转换的高频变压器，一次侧匝数 计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为： &)’ ’ )+%$%#,%! & （"） 式（"）中，’ )’6**;，$’"*<45，#,’*.)=，! &’/$,"。 计算得 &)’/6匝。所用高频变压器的变比是 )>)，所 以，二次侧匝数 &?’/6匝。 考虑到高频时的集肤效应对导线有效截面积的 影响，经查表，开关电源变压器工作频率在 "*<45 时的穿透深度为 *.+/: 6,,。根据直径小于两倍穿 透深度的导线选择，选 *.7,,"的漆包线 / 根并绕， 总面积为 6,,"。查表可知导线电流密度约为 6.+@ A ,,"，导线将不会发热。 ! 高频功率脉冲变压器的偏磁抑制 偏磁是指变压器铁心工作磁滞回线中心点偏离 零点，正反向脉冲过程中磁通工作状态不对称的现 象。在高频变压器耦合的全桥电路中，功率开关元件 的饱和压降、存储时间的不同以及其它原因都会造 成电压波形正负半波不对称，即高频变压器中正负 伏秒值不平衡，从而造成偏磁现象。逆变电路中高频 变压器偏磁积累，铁心严重饱和，导致电流迅速上 升，逆变失败而烧毁开关管。所以，在桥式逆变回路 中必须采取抑制变压器偏磁的措施!6#。 电源采用的抑制磁偏方法如图 "所示。在变压 器一次绕组加入一个串联耦合电容 ( 后，与不平衡 的伏秒值成正比的直流偏压将被此电容滤掉，即移 动了直流电平，这样在工作期间就会平衡电压的伏 秒值。另外，为了防止电容与变压器的漏感形成自激 振荡，在回路中加入阻尼电阻!+#。 由耦合电容 ( 和变压器等效的漏感 ) 组成了 一个串联谐振回路，其谐振频率为： $’ ) "" )(! （6） 为了使耦合电容的充电为线性，必须选择好谐 振频率，使之低于转换开关的工作频率 $*，一般取 $’ ) + $* 。 另外，由于每个周期充电或放电一次，其充电电 压的大小将影响变换器电压的调整率。恰当地选择 电容使充电电压 #’ 在 "*3B6*3之间，用下式计 算： (’* #+#’ （+） 式中 *———变压器一次侧正向平均电流（/.:@） #+———充电时间（"7$C） #’———电压改变值（/*;BD*;） 图 6 是用示波器观察的变压器一次侧电压波 形，从中可以看出电压没有明显的顶降，说明变压器 铁心没有饱和，抗磁饱和措施设计是合理的。 ! ! 前言 变压器设计是一项比较繁杂的工作，尤其是计 算书的形成。为了满足性能参数的要求，往往要进 行反复的调整与计算，同时为了选出最佳 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，又 要进行几个方案的计算。这期间，由于变量较多，调 整过程中都要进行一系列的计算，才能知道效果如 何，计算量很大。借助 !"#$% 强大的计算功能，不但 可以进行 &’’ 多个函数计算，而且可以编辑公式， 因此，我们利用 !"#$% 编写程序，进行了计算书设 计。 " 应用实例 应用 !"#$% 编写程序计算 ()*+*,’’’ - .’ 变压 器的输出结果见下页计算书。 # 使用方法及问题解决 !"# 输入的变量 额定容量、联结组、电压组合、高压线号、低压 线号、高压绕组层数、低压绕组层数和试算磁密等。 !"#$%在中小型变压器设计中的应用 孙海军 !，郭 慧 " （./铁岭电力变压器厂，辽宁 铁岭 !!"###$ ,/沈阳变压器研究所% 辽宁 沈阳 !!#!&’） 第 !"卷 第 #"期 $""%年 #"月 !"#$%&’"()" &’()!" *+,’-./ 0’)#" $""% 采用上述研究设计的功率超声电源，运行良好， 达到了理论的预期，其技术指标如下： 输入电压：,,’0 12（3’45） 开关频率：,’64573’’45 最大输出功率：,68 功率范围：3’89,68 参考文献$ :.; 陈保国，庞志锋，李向容 / 开关电源高频变压器的设计 :<;/ 河北工业科技= .)))=.>?,@A.’*.B/ :,; 王水平，付敏江/ 开关稳压电源—原理设计与实用电路 :+;/ 西安：西安电子科技大学出版社，.))C/ :B; 朱振东，许大中 / 逆变器中高频变压器偏磁的研究 :<;/ 电力电子技术= .))C，?.@A.&*,,/ :&; 李宏，周继华，李治典 / 全桥逆变电路抗偏磁应用研究 :<;/ 电力电子技术，.))D，（B）：>.*..’/ *+,-./ 01 2-.34&5+67+/89 :0;+5 :7<,+ !5=/,105>+5 !"#$ %&’!()*+, -. !/’, 0#12 !/’!34*+ （4EFGHI JIKLHLML$ NO P$#QIN%NRS= 4EFGHI .3’’’>= 2QHIE） #?,@5=8@：PQ$ QHRQ*OF$TM$I#S LFEIKONFU$F HI OM%% GFHVR$ HIW$FL$F NO LQ$ M%LFEKNIH# R$I$FELNF HK V$X KHRI$V/ PQ$ K$FH$K #EYE#HLNF U$LQNV HI LQ$ YFHUEFS ZHIVHIR NO LQ$ QHRQ*OF$TM$I#S YM%K$ LFEIKX ONFU$F HK MK$V LN KMYYF$KK UERI$LH# GHEK/ JLK I$#$KKHLS EIV $OO$#LHW$I$KK EF$ W$FHOH$V GS L$KLK/ A+9 ;05B,：!"#$%&’()*(+,- .’/+0&1’2(’3 41’(3 5/#+(.", &6*7 8(+0".-3 5/#+(.", 9"/0 收稿日期：,’’,*.,*.C 作者简介：赵彩凤（.)>>*），女，黑龙江省哈尔滨市人，哈尔滨工业大学讲师，从事电力电子电源研究。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 变压器