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30kHz高頻開關電源變壓器的設計

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發布時間:2020-01-20 文字來源:華興小徐 點擊數:

在傳統的高頻變壓器設計中,由于磁心材料的限制,其工作頻率較低,一般在20kHz左右。隨著電源技術的不斷發展,電源系統的小型化,高頻化和高功率比已成爲一個永恒的研究方向和發展趨勢。因此,研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統體積,提高電源輸出功率比的關鍵因素。本文根據超微晶合金的優異電磁性能,通過示例介紹30kHz超微晶高頻開關電源變壓器的設計。

1、變壓器的性能指標

工作頻率f:30kHz
變換器輸入電壓Ui:DC300V
變換器輸出電壓U0:DC2100V
變換器輸出電流Io:0.08A
整流電路:橋式整流
占空比D:1%~90%
輸出效率η:≥80%
耐壓:DC12kV
溫升:+50℃
工作環境條件:-55℃~+85℃

2、變壓器磁心的選擇與工作點確定

從變壓器的性能指標要求可知,傳統的薄帶矽鋼、鐵氧體材料已很難滿足變壓器在頻率、使用環境方面的設計要求。磁心的材料只有從坡莫合金、钴基非晶態合金和超微晶合金三種材料中來考慮,但坡莫合金、钴基非晶態價格高,約爲超微晶合金的數倍,而飽和磁感應強度Bs卻爲超微晶合金2/3左右,且加工工藝複雜。因此,綜合三種材料的性能比較(表1),選擇飽和磁感應強度Bs高,溫度穩定性好,價格低廉,加工方便的超微晶合金有利于變壓器技術指標的實現。

磁心工作點的選擇往往從磁心的材料,變壓器的工作狀態,工作頻率,輸出功率,絕緣耐壓等因素來考慮。超微晶合金的飽和磁感應強度Bs較高約爲1.2T,在雙極性開關電源變壓器的設計中,磁心的最大工作磁感應強度Bm一般可取到0.6~0.7T,經特別處理的磁心,Bm可達到0.9T。在本設計中,由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環境的原因,把最大工作磁感應強度Bm定在0.6T,而磁心結構則定爲不切口的矩形磁心。這種結構的磁心與環形磁心相比具有線圈繞制方便、分布參數影響小、磁心窗口利用率高、散熱性好、系統絕緣可靠、但電磁兼容性較差。


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