張學(xué)廷

摘 要：功率變壓器始終是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是最關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)，尤其是在提升工作頻率的條件下，若是變壓器設(shè)計(jì)沒有得到優(yōu)化，電源功率密度便無法得到有效提高。文章主要針對高頻變壓器設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并提出了針對高頻開關(guān)變壓器的優(yōu)化方案，從而有效降低功率損耗，提高電源效率。

關(guān)鍵詞：高頻；開關(guān)電源；優(yōu)化；變壓器

SMPS即開關(guān)電源，由于其體積小、效率高，因而在電子領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。并且科研人員也不斷的對其功率密度進(jìn)行深度研究，通過不斷提升變化頻率提升其工作效率。而變壓器在高頻狀態(tài)下，理論上其體積應(yīng)當(dāng)小于20kHz至150kHz這一范圍，但是這需要以同等工作磁通密度以及高頻狀態(tài)下磁性材料磁芯損耗才可以同低頻相比，但是一旦頻率超過200kHz，目前的材料條件下，工作磁通密度便會降低，即若保證磁芯損耗在可承受范圍內(nèi)就需要頻率在千分之幾特或者百分之幾特。所以，功率損耗是限制高頻變壓器優(yōu)化方案效果的主要因素。換言之，傳輸功率特定的條件下，應(yīng)當(dāng)盡可能的降低繞組參數(shù)以及磁芯參數(shù)，從而保證變壓器在運(yùn)行過程中其溫升范圍符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。文章便針對開關(guān)電源變壓器的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，并提出了一種有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

通過上述兩個公式針對銅線繞組阻抗進(jìn)行計(jì)算，從而確定實(shí)際工作頻率中準(zhǔn)確的阻抗數(shù)值，但是該種計(jì)算方式只能由計(jì)算機(jī)完成，因?yàn)槠溆?jì)算過程十分復(fù)雜。

2 SMPS變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過上述分析，針對高頻變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并非是一蹴而就的工作，在實(shí)際的操作中不可能一次完成，這是由于變壓器運(yùn)行以及結(jié)構(gòu)中各類參數(shù)之間具有相互制約的作用，所以，必須將工作磁通密度以及繞組線徑、繞組匝數(shù)以及并繞數(shù)目等在計(jì)算機(jī)軟件中進(jìn)行多次的嘗試，從而求得可以滿足設(shè)計(jì)最佳狀態(tài)的數(shù)值，完成設(shè)計(jì)優(yōu)化。在所有的條件中，最為有利的便是磁芯種類以及參數(shù)都是特定的，例如磁芯物理尺寸大多都是特定的，磁芯材料特性也是有限的。但是從另一個角度進(jìn)行分析，這些條件也會限制對變壓器的優(yōu)化，降低了優(yōu)化的設(shè)計(jì)空間。

3 結(jié)束語

文章通過對變壓器優(yōu)化方案的分析，證實(shí)該種方案在目前的高頻變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有較為明顯的效果。并且，通過繞組形式的選擇，不但可以滿足磁芯窗口利用率，還可以將變壓器銅損予以降低。通過這一流程，大部分變壓器的設(shè)計(jì)都可以得到優(yōu)化，但是為了進(jìn)一步完善該設(shè)計(jì)，還應(yīng)當(dāng)重視以下三方面問題。首先，變壓器在運(yùn)行過程中，由于磁芯的結(jié)構(gòu)致使其熱分布并非是完全均勻的，中央芯柱溫度為磁芯溫度的最高點(diǎn)，所以想要提高變壓器熱模型的準(zhǔn)確性，就需要防止該問題對變壓器工作性能的影響。其次，針對繞組層間電容以及漏感等參數(shù)，由于其為寄生參數(shù)，因而必須進(jìn)行深入研究。另外由于運(yùn)行環(huán)境為高頻環(huán)境，如果仍舊使用PWM這種傳統(tǒng)的方式，那么極易造成電路工作狀態(tài)不穩(wěn)。但是如果通過諧振的方式，那么還需要考慮諧振回路參數(shù)設(shè)計(jì)問題。最后，由于電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并非平衡結(jié)構(gòu)，因此必須防止磁芯飽和，因而必須采用加氣隙的方式，在設(shè)計(jì)中目前所能夠采用的技術(shù)手段便是這種方式。雖然一定程度上可以解決該類問題，但是從設(shè)計(jì)完善的角度分析，仍舊屬于缺陷設(shè)計(jì)。

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