1、2020/9/24,基本磁學(xué)術(shù)語,磁場：（國際電工委員會IEC的定義）電磁場的組成部分，采用磁場強度H和磁通密度B表示其特征。（我國國家標準定義）磁場是一種場，其特征可在場內(nèi)運動著的帶電粒子所受的力來確定，這種力源于粒子的運動及其所帶電荷。,2020/9/24,基本磁學(xué)術(shù)語,磁場強度： 在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與同一點的磁導(dǎo)率的比值稱為該點的磁場強度H ，即：H=B/。方向與磁力線在該點處的切線方向一致,單位：安/米（A/m） 注意事項：磁場強度H與磁感應(yīng)強度B 的名稱很相似，切忌混淆。H 是為計算的方便引入的物理量。,2020/9/24,電磁的基本原理,2020/9/24,電

2、磁的基本原理說明,上圖是一個簡單的電路圖，它由電源V，開關(guān)S1和空心線圈表示的電感L組成。開關(guān)閉合時，電流經(jīng)導(dǎo)線進入線圈，到導(dǎo)線流過線圈時就會在導(dǎo)線周圍建立磁場，磁場的強弱與線圈的匝數(shù)有密切的關(guān)系，在磁場中，穿過線圈的磁力線叫磁通。 這就是我們簡單的變壓器雛形。,2020/9/24,磁滯回線,每種磁性材料被磁化時，都會有一種S形的曲線，稱之為磁滯回線。,2020/9/24,磁滯回線說明,上圖的磁滯回線一些關(guān)鍵點很重要，其定義為： Bmax：最大磁通密度； Hmax：最大磁場強度； Bres：磁場強度為0時的剩余磁通； He：矯頑磁力，或稱把剩余磁感應(yīng)強 度減少到0的反向磁場。 從上圖B-H曲線

3、可見，Bmax是Hmax達到了定值的點，在此點，即使磁場強度再增加，Bmax也不再增加了，這點的磁感應(yīng)強度的值稱為磁飽和強度，用Bsat表示。 如果在磁芯中開一個氣隙這個的Bsat要比不開氣隙的Bsat小的多，這也就使磁芯不容易飽和了，如下圖所示。,2020/9/24,帶氣隙的磁回線圖,2020/9/24,變壓器的基本原理,2020/9/24,變壓器的基本原理說明,如上圖所示，當電流流過繞在磁芯上的線圈時，在磁芯內(nèi)會產(chǎn)生磁通，如果電流是周期性的變化，并且在磁芯上還繞著第二個線圈（也成為次級繞組），那么會在第二個線圈上感應(yīng)出電壓和電流。,2020/9/24,變壓器的基本原理說明,一般情況下，高頻

4、變壓器輸出電壓的大小與變壓器的匝數(shù)成正比，輸出電流的大小與變壓器的匝數(shù)成反比，并由下式?jīng)Q定： Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip 公式中，Np：變壓器初級線圈Lp的匝數(shù)； Ns：變壓器次級線圈Ls的匝數(shù)； Vp：加在變壓器初級的電壓，V； Vs：在變壓器次級產(chǎn)生的電壓，V。 變壓器按照其次級繞組輸出的電壓是高于其輸入電壓還是低于其輸入電壓而分為升壓變壓器和降壓變壓器，有的變壓器輸出有很多繞組，,2020/9/24,變壓器的重要參數(shù),為確保變壓器在磁化曲線的線形區(qū)工作，可用下式計算最大磁通密度Bmax： Bmax=（Vp）104/Kf*Np*Ae 公式中，Vp：加在變壓器初級的電壓，V； f：變

5、壓器的工作頻率，Hz； Np：變壓器初級線圈匝數(shù)； Ae：磁芯的有效截面積，cm2； K：正弦波4.44，矩形波4.0； 由上公式可得到初級線圈計算公式： Np= （Vp）104/Kf*Bmax*Ae,2020/9/24,變壓器設(shè)計參數(shù),設(shè)計變壓器時，有兩個重要參數(shù)，一個是窗口面積，它必須保證能夠使導(dǎo)線繞滿，并且損耗最小。第二個參數(shù)是磁芯的功率輸出能力。這兩個參數(shù)的直接關(guān)系式為： Pout=(1.16*BmaxfdAeAc)*10-5 公式中，Pout：磁芯的輸出功率，W； Bmax：最大磁通密度，T； f ：變壓器的工作頻率,Hz； d：導(dǎo)線的載流密度，A/m2 Ae：磁芯的有效截面積，cm

6、2； Ac：磁芯的窗口面積，cm2,2020/9/24,變壓器設(shè)計參數(shù),計算變壓器磁芯的公式： AeAc=(0.68PoutD)*10-1)/(fBmax) 單位為cm4 這里的，D=1.27*106/d 次參數(shù)一般由漆包線廠家給出，圓密耳每安培。,2020/9/24,鐵氧體材料說明,鐵氧體生產(chǎn)廠家： 1）國內(nèi)：南京新康達、北京798廠、西安三聯(lián)、南京金寧； 2）國外：日本TDK、德國SIMENS、美國FERPOCUBE； 鐵氧體化學(xué)分子為MFe2O4，這里的M代表：錳、鎳、鋅、銅等二價金屬離子,2020/9/24,鐵氧體材料的特征,磁性是通過燒結(jié)這些金屬化合物的混合物而制造出來的； 特點：電

7、阻率遠大于金屬磁性材料，這也就抑制了渦流的產(chǎn)生，所以可用在高頻領(lǐng)域；,2020/9/24,鐵氧體材料主要的兩種區(qū)分,低磁新?lián)p耗的LP（主要用在開關(guān)電源、DC-DC主變壓器、輸出平滑扼流圈）按頻率范圍可分為： LP2:20150KHZ 中低頻段 LP3:100500KHZ 中高頻段（目前應(yīng)用最廣泛） LP4:5001000KHZ 超高頻段（為適應(yīng)開關(guān)電源超高頻的趨勢而開發(fā)的） 這類磁性材料主要在80100度時，損耗承負溫度系數(shù)，因而可抑制變壓器的溫升。 高磁導(dǎo)率的HP（用于寬帶變壓器、脈沖變壓器和電源噪聲濾波等小電流線性領(lǐng)域），按磁導(dǎo)率和損耗范圍分： HP1和HP2：對損耗和高頻特性要求較高；

8、HP3: 對器件體積和電感量要求較高的。,2020/9/24,磁芯的機構(gòu)和選用,磁芯的使用一定要一定的居里溫度以內(nèi)，需用是要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定度、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強度。在設(shè)計時，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強磁場力的作用下，磁性材料會發(fā)生收縮和膨脹，很可能出現(xiàn)共振。因而要注意PCB板的固定。 主要說明見課本21頁。,2020/9/24,設(shè)計高頻變壓器原則,設(shè)計高頻變壓器首先應(yīng)該從磁芯開始。開關(guān)電源變壓器磁芯多是在低磁場下使用的軟磁材料，它有較高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時，通過不大的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕

9、磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高的電阻率，則渦流小，鐵耗小。 鐵氧體材料是復(fù)合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下使用，但Bs值比較小，常使用在開關(guān)電源中。,2020/9/24,高頻變壓器磁芯的選擇,高頻變壓器的設(shè)計通常采用兩種方法3：第一種是先求出磁芯窗口面積AW與磁芯有效截面積Ae的乘積AP（AP=AWAe，稱磁芯面積乘積），根據(jù)AP值，查表找出所需磁性材料之編號；第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號，再進行設(shè)計。,2020/9/24,設(shè)計變壓器注意問題,設(shè)計中，在最大輸出功率時，磁芯中的磁感應(yīng)強度不應(yīng)達到飽和，以免在大信號時產(chǎn)生失真。 在瞬變過程中，高頻鏈漏感和分布

10、電容會引起浪涌電流和尖峰電壓及脈沖頂部振蕩，使損耗增加，嚴重時會造成開關(guān)管損壞。同時，輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時，應(yīng)考慮分布電容的影響，降低分布電容有利于抑制高頻信號對負載的干擾。對同一變壓器同時減少分布電容和漏感是困難的，應(yīng)根據(jù)不同的工作要求，保證合適的電容和電感。用玻璃珠膠合劑粘接的高頻變壓器內(nèi)部。采用這種工藝可將音頻噪聲降低5dB。 知道了高頻變壓器的設(shè)計， 你是不是對對其它變壓器也有興趣呢？,2020/9/24,電源高頻變壓器的設(shè)計方法,設(shè)計高頻變壓器是電源設(shè)計過程中的難點，下面以反饋式電流不連續(xù)電源高頻變壓器為例， 介紹一種電源高頻變壓器的設(shè)計方法。 設(shè)計目標： 電源輸入交流電壓在18

11、0V260V之間，頻率為50Hz，輸出電壓為直流5V、14A，功率為70W，電源工作頻率為30KHz。 設(shè)計步驟： 1、計算高頻變壓器初級峰值電流Ipp 2、求最小工作周期系數(shù)Dmin 3、計算高頻變壓器的初級電感值Lp 4、計算出繞組面積Aw和鐵心有效面積Ae的乘積Aw*Ae,選擇鐵心尺寸。 5、計算空氣間隙長度Lg 6、計算變壓器初級線圈Np 7、計算變壓器次級線圈Ns,2020/9/24,開關(guān)電源變壓器的設(shè)計要點,高頻變壓器是單片開關(guān)電源的核心部件，鑒于這種高頻變壓器在設(shè)計上有其特殊性，為此專門闡述降低其損耗及抑制音頻噪聲的方法，可供高頻變壓器設(shè)計人員參考。,2020/9/24,設(shè)計要點

12、1,高頻變壓器是開關(guān)電源中進行能量儲存與傳輸?shù)闹匾考?，單片開關(guān)電源中高頻變壓器性能的優(yōu)劣，不僅對電源效率有較大的影響，而且直接關(guān)系到電源的其它技術(shù)指標和電磁兼容性（EMC）。為此，一個高效率高頻變壓器應(yīng)具備直流損耗和交流損耗低、漏感小、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小等條件。高頻變壓器的直流損耗是由線圈的銅損耗造成的。為提高效率，應(yīng)盡量選擇較粗的導(dǎo)線，并取電流密度J=410Amm2。,2020/9/24,設(shè)計要點2,高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻電流通過導(dǎo)線時總是趨向于從表面流過，這會使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠高于銅電

13、阻。高頻電流對導(dǎo)體的穿透能力與開關(guān)頻率的平方根成反比，為減小交流銅阻抗，導(dǎo)線半徑不得超過高頻電流可達深度的2倍?？晒┻x用的導(dǎo)線線徑與開關(guān)頻率的關(guān)系曲線如圖1所示。,2020/9/24,設(shè)計要點3,在設(shè)計高頻變壓器時必須把漏感減至最小。因為漏感愈大，產(chǎn)生的尖峰電壓幅度愈高，漏極鉗位電路的損耗就愈大，這必然導(dǎo)致電源效率降低。對于一個符合絕緣及安全性標準的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)為次級開路時初級電感量的13。要想達到1以下的指標，在制造工藝上將難于實現(xiàn)。減小漏感時可采取以下措施：在這個電路中，開關(guān)管的最大電流對電源輸出功率的大小有一定的限制 （通常應(yīng)用于300W電源的MOS管體積較大，有的電源甚至使用

14、了耐流達到10A的開關(guān)管），而高頻變壓器各個繞組線圈的匝數(shù)比例則決定了輸出電壓的多少，由于工作在很高的頻率下，對元件質(zhì)量的要求和線路的搭配有很高的要求。,2020/9/24,設(shè)計高頻變壓器歸納,減小初級繞組的匝數(shù)NP； 增大繞組的寬度（例如選EE型磁芯，以增加骨架寬度b）； 增加繞組的高、寬比； 減小各繞組之間的絕緣層； 增加繞組之間的耦合程度。,2020/9/24,高頻電源變壓器設(shè)計總結(jié),以設(shè)計原則為出發(fā)點，可以對高頻電源變壓器提出4項設(shè)計要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。 總之，千萬記?。焊哳l電源變壓器是一種產(chǎn)品（即商品），設(shè)計原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價格比最好。檢驗設(shè)計的唯一標準是設(shè)計出的產(chǎn)品能否經(jīng)受住市場的考驗。,2020/9/24,電源技術(shù)對變壓器的要求,電源技術(shù)對變壓器的要求，像所有作為商品的產(chǎn)品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價格比最好。有時可能偏重價格和成本，