高頻變壓器應(yīng)用與設(shè)計;高頻變壓器也叫脈沖變壓器，是工作頻率超過中頻（10kHz）的電源變壓器，主要有開關(guān)電源高頻變壓器和逆變電源高頻變壓器。按工作頻率高低，可分為幾個檔次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。
一.高頻變壓器應(yīng)用
典型的半橋式變壓電路中最為顯眼的是三只高頻變壓器：功率變壓器、驅(qū)動變壓器和輔助變壓器，每種高頻變壓器在國家規(guī)定中都有各自的衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如功率變壓器，只要是200W以上的電源，其磁芯直徑不得小于35mm。而輔助變壓器，在電源功率不超過300W時磁芯直徑16mm就夠了。高頻變壓器是非標(biāo)器件，所以一般不能選用，只能設(shè)計。
例如：做一個12V2A的電源怎樣選取高頻變壓器？
首先，根據(jù)工作頻率、電路拓?fù)浜洼敵龉β世霉交蛘呓?jīng)驗來選擇高頻變壓器磁芯的類型，及磁芯的大小規(guī)格、有時還要考慮工作環(huán)境（例如溫度、使用場合、是否密封等），一般是反激電路、60KHZ左右頻率，用EE25或者EE28就可以了。逆變頻率達(dá)到120KHz，必須使用材質(zhì)比較好的鐵芯，比如鐵硅鋁磁芯。首先要看要制作的產(chǎn)品的形狀，比如環(huán)形變壓器或是EI型變壓器等等。確定使用的變壓器類型后，先計算出變壓器的總視在功率Pt. 根據(jù)總負(fù)載功率，計算出磁芯面積乘積AP，然后根據(jù)AP數(shù)值就可以查找出所用的磁芯型號了。依據(jù)磁芯型號的參數(shù)就可以計算出初級繞組圈數(shù)、電流。然后根據(jù)初級匝數(shù)、輸入輸出電壓、占空比計算次級和偏置匝數(shù)及線徑。接下來就是調(diào)試和調(diào)整啦?？梢哉９ぷ鞯母哳l變壓器參數(shù)有很多種，但最佳狀態(tài)只有一個，計算是先讓其工作，調(diào)整就是尋找最佳狀態(tài)啦。
高頻變壓器應(yīng)用廣泛；例如：手機充電器，電子鎮(zhèn)流器，開關(guān)電源，彩電電源，電腦電源，液晶驅(qū)動及電源等都會用到高頻變壓器。相對于低頻變壓器而言，高頻變壓器可減小空間（變壓器體積小)，提高工作效率。高頻變壓器的主要作用就是能量的傳遞或能量的儲存，這要看開關(guān)電源的工作模式。正激式是作能量傳遞，反激式是作能量的儲存及傳遞。當(dāng)然還有隔離和變比之類的作用。就拿傳遞能量來說，舉個列子，一只老鼠和一只大象搬運東西，大象雖然運得多，但是速度慢，而老鼠最然運得少，但是速度快，所以同樣多的東西，只要速度夠快，體積小點同樣可以完成。這就是變壓器高頻化可以減小變壓器體積的原因。所有高頻變壓器應(yīng)用都是將電能轉(zhuǎn)化為磁能，然后把磁能轉(zhuǎn)換為電能，同時利用匝比的關(guān)系得到需要的電壓。
二.高頻變壓器參數(shù)設(shè)計
一、電磁學(xué)計算公式推導(dǎo)：
1、磁通量與磁通密度相關(guān)公式：
Ф= B * S⑴
Ф-----磁通(韋伯)
B -----磁通密度(韋伯每平方米或高斯) 1韋伯每平方米=104高斯
S -----磁路的截面積(平方米)
B = H *μ⑵
μ-----磁導(dǎo)率(無單位也叫無量綱)
H -----磁場強度(伏特每米)
H = I*N / l⑶
I -----電流強度(安培)
N -----線圈匝數(shù)(圈T)
l -----磁路長路(米)
2、電感中反感應(yīng)電動勢與電流以及磁通之間相關(guān)關(guān)系式：
EL =⊿Ф/⊿t * N⑷
EL =⊿i /⊿t * L⑸
⊿Ф-----磁通變化量(韋伯)
⊿i -----電流變化量(安培)
⊿t -----時間變化量(秒)
N -----線圈匝數(shù)(圈T)
L -------電感的電感量(亨)
由上面兩個公式可以推出下面的公式：
⊿Ф/⊿t * N =⊿i /⊿t * L變形可得：
N =⊿i * L/⊿Ф
再由Ф= B * S可得下式:
N =⊿i * L / ( B * S )⑹
且由⑸式直接變形可得：
⊿i = EL *⊿t / L⑺
聯(lián)合⑴⑵⑶⑷同時可以推出如下算式:
L =(μ* S )/ l * N2⑻
這說明在磁芯一定的情況下電感量與匝數(shù)的平方成正比(影響電感量的因素)
3、電感中能量與電流的關(guān)系：
QL = 1/2 * I2 * L⑼
QL --------電感中儲存的能量(焦耳)
I --------電感中的電流(安培)
L -------電感的電感量(亨)
4、根據(jù)能量守恒定律及影響電感量的因素和聯(lián)合⑺⑻⑼式可以得出初次級匝數(shù)比與占空比的關(guān)系式：
N1/N2 = (E1*D)/(E2*(1-D))⑽
N1 --------初級線圈的匝數(shù)(圈) E1 --------初級輸入電壓(伏特)
N2 --------次級電感的匝數(shù)(圈) E2 --------次級輸出電壓(伏特)
二、根據(jù)上面公式計算變壓器參數(shù)：
1、高頻變壓器輸入輸出要求：
輸入直流電壓：200--- 340 V
輸出直流電壓：23.5V
輸出電流：2.5A * 2
輸出總功率：117.5W
2、確定初次級匝數(shù)比：
次級整流管選用VRRM =100V正向電流(10A)的肖特基二極管兩個，若初次級匝數(shù)比大則功率所承受的反壓高匝數(shù)比小則功率管反低,這樣就有下式：
N1/N2 = VIN(max) / (VRRM * k / 2)⑾
N1 -----初級匝數(shù)VIN(max) ------最大輸入電壓k -----安全系數(shù)
N2 -----次級匝數(shù)Vrrm ------整流管最大反向耐壓
這里安全系數(shù)取0.9
由此可得匝數(shù)比N1/N2 = 340/(100*0.9/2)≌7.6
3、計算功率場效應(yīng)管的最高反峰電壓：
Vmax = Vin(max) + (Vo+Vd)/ N2/ N1⑿
Vin(max) -----輸入電壓最大值Vo -----輸出電壓
Vd -----整流管正向電壓
Vmax = 340+(23.5+0.89)/(1/7.6)
由此可計算功率管承受的最大電壓: Vmax≌525.36(V)
4、計算PWM占空比：
由⑽式變形可得：
D = (N1/N2)*E2/(E1+(N1 /N2*E2)
D=(N1/N2)*(Vo+Vd)/Vin(min)+N1/N2*(Vo+Vd)⒀
D=7.6*(23.5+0.89)/200+7.6*(23.5+0.89)
由些可計算得到占空比D≌0.481
5、算變壓器初級電感量：
為計算方便假定變壓器初級電流為鋸齒波，也就是電流變化量等于電流的峰值,也就是理想的認(rèn)為輸出管在導(dǎo)通期間儲存的能量在截止期間全部消耗完。那么計算初級電感量就可以只以PWM的一個周期來分析，這時可由⑼式可以有如下推導(dǎo)過程：
（P/η）/ f = 1/2 * I2 * L⒁
P -------電源輸出功率(瓦特)η----能量轉(zhuǎn)換效率f ---- PWM開關(guān)頻率將⑺式代入⒁式：
（P/η）/ f = 1/2 * (EL *⊿t / L)2 * L⒂
⊿t = D / f (D ----- PWM占空比)
將此算式代入⒂式變形可得：
L = E2 * D2 *η/ ( 2 * f * P )⒃
這里取效率為85%，PWM開關(guān)頻率為60KHz.
在輸入電壓最小的電感量為：
L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5
計算初級電感量為: L1≌558(uH)
計算初級峰值電流：
由⑺式可得：
⊿i = EL *⊿t / L = 200 * (0.481/60000 )/ (558*10-6)
計算初級電流的峰值為: Ipp≌2.87(A)
初級平均電流為：I1 = Ipp/2/(1/D) = 0.690235(A)
6、計算初級線圈和次級線圈的匝數(shù)：
磁芯選擇為EE-42(截面積1.76mm2)磁通密度為防治飽和取值為2500高斯也即0.25特斯拉,這樣由⑹式可得
初級電感的匝數(shù)為:
N1=⊿i * L / ( B * S ) = 2.87 * (0.558*10-3)/0.25*(1.76*10-4)
計算初級電感匝數(shù): N1≌36 (匝)
同時可計算次級匝數(shù)：N2≌5 (匝)
7、計算次級線圈的峰值電流：
根據(jù)能量守恒定律當(dāng)初級電感在功率管導(dǎo)通時儲存的能量在截止時在次級線圈上全部釋放可以有下式：
由⑻⑼式可以得到：
Ipp2=N1/N2* Ipp⒄
Ipp2 = 7.6*2.87
由此可計算次級峰值電流為：Ipp2 = 21.812(A)
次級平均值電流為I2=Ipp2/2/(1/(1-D))= 5.7(A)
8、計算激勵繞組(也叫輔助繞組)的匝數(shù)：
因為次級輸出電壓為23.5V，激勵繞組電壓取12V，所以為次級電壓的一半
由此可計算激勵繞組匝數(shù)為: N3≌N2 / 2≌3 (匝)
激勵繞組的電流取: I3 = 0.1(A)
