從高頻電源這一產(chǎn)品出發(fā)，闡述了其設(shè)計(jì)原則和要求，并介紹了其設(shè)計(jì)步驟。關(guān)鍵詞：高頻電源；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)要求；電源的作用是輸電、電壓轉(zhuǎn)換和絕緣。作為一種主要的軟磁電磁元件，它被廣泛應(yīng)用于電源技術(shù)和電力電子技術(shù)中。根據(jù)傳輸功率，功率干式變壓器可分為幾個(gè)等級(jí)：10kVA以上的高功率、10kVA~0.5kVA之間的中功率、0.5 kva ~ 25VA之間的低功率、25VA以下的微功率。不言而喻，干式電力變壓器的設(shè)計(jì)因傳輸功率的不同而不同。根據(jù)其主要功能是輸電，有人將英文名稱“電力變壓器”翻譯成“電力干式變壓器”，許多文獻(xiàn)中仍在使用。是叫“電力干式變壓器”還是“電力干式變壓器”？選擇和決定是由科技術(shù)語決定的。同樣的英文名稱“電力變壓器”也可以翻譯成“電力干式變壓器”。電力干式變壓器主要用于輸配電系統(tǒng)中的輸電、電壓轉(zhuǎn)換和絕緣。一次電壓為6kV以上的高壓，較小功率5kVA，較大功率超過數(shù)萬kVA。雖然電力干式變壓器和電力干式變壓器的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理，但電力干式變壓器既強(qiáng)調(diào)大功率傳輸，又強(qiáng)調(diào)高絕緣電壓，這與小功率傳輸、低絕緣電壓的電力干式變壓器在磁芯線圈和絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有顯著區(qū)別，不能機(jī)械地將電力干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)閾值應(yīng)用于電力干式變壓器。不言而喻，電力干式變壓器和電力干式變壓器的設(shè)計(jì)方法是不同的。高頻電源干式變壓器是工作頻率超過中頻(10kHz)的電源干式變壓器。主要用作高頻開關(guān)電源中的高頻開關(guān)電源干式變壓器，也用作高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中的高頻逆變電源干式變壓器。按工作頻率可分為10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz及1MHz以上幾個(gè)等級(jí)。發(fā)射功率比較大，工作頻率比較低；發(fā)射功率比較小，工作頻率比較高。這樣，工作頻率和傳輸功率就存在差異，不同工作頻率的干式電力變壓器設(shè)計(jì)方法也就不言而喻了。如上所述，作者對(duì)高頻電源用干式變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序沒有錯(cuò)誤的概念。而是在2003年7月初，看了2003年6號(hào)《電源技術(shù)應(yīng)用》特別推薦的兩篇關(guān)于高頻磁性元件設(shè)計(jì)的文章，有所懷疑，覺得有些問題值得進(jìn)一步探討，于是開始寫這篇文章。正如主編《電源技術(shù)應(yīng)用》的留言所說：“具體情況具體分析”，寫作的目的是試圖闡明高頻電源用干式變壓器的設(shè)計(jì)，這是較難詳細(xì)講解和選擇的磁性元件之一。如有不妥，請(qǐng)幾位作者和讀者指正。2高頻電力干式變壓器的設(shè)計(jì)原則高頻電力干式變壓器作為一種產(chǎn)品，自然具有商品屬性，所以高頻電力干式變壓器的設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣，是在特定的使用門檻下，追求在完成特定功能時(shí)的較佳性價(jià)比。有時(shí)可能側(cè)重于性能和效率，有時(shí)可能側(cè)重于價(jià)格和成本。現(xiàn)在，輕、薄、短、小已經(jīng)成為高頻電源的發(fā)展方向，重點(diǎn)是降低成本。其中高頻電源的干式變壓器已經(jīng)成為一大難點(diǎn)，需要在這方面下功夫。所以在高頻功率干式變壓器的“設(shè)計(jì)要領(lǐng)”一文中，只講性能，不講成本，是一個(gè)很大的弊端。如果能認(rèn)真考慮高頻功率干式變壓器的設(shè)計(jì)原則，追求更好的 #p#分頁標(biāo)題#e#

不計(jì)成本，市值法則無情！很多性能好的產(chǎn)品往往因?yàn)閮r(jià)格無法被市場接受而被冷落淘汰。往往一個(gè)新產(chǎn)品較后被成本否決。為什么有些“節(jié)能不省錢”的產(chǎn)品不能在市場上推廣，值得深思。產(chǎn)品成本不僅包括材料成本和生產(chǎn)成本，還包括研發(fā)成本和設(shè)計(jì)成本。因此，為了節(jié)省時(shí)間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鐵損銅損比、漏電感和勵(lì)磁電感比、一次繞組損耗比和二次繞組損耗比、電流密度提供了一些參考數(shù)據(jù)，對(duì)窗口填充度、繞組線和結(jié)構(gòu)推薦了一些方案。怎么了？為什么要一步一步的來回計(jì)算模擬，這不是概念上的錯(cuò)誤？作者于20世紀(jì)80年代開發(fā)了高頻磁放大器開關(guān)電源，并以較低溫升為閾值優(yōu)化了高頻電源的干式變壓器。由于熱阻難以確定，結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn)，不得不再次修改。為了縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源用干式變壓器的時(shí)間，現(xiàn)在有的公司的磁芯產(chǎn)品規(guī)格列出了簡化的設(shè)計(jì)公式，有的公司用表格列出了某一工作頻率下磁芯的傳輸功率。這種為了用戶，推廣公司產(chǎn)品的雙贏行為，完全符合市場規(guī)律，絕不是一個(gè)需要辨析的錯(cuò)誤概念。問題是提供的參考數(shù)據(jù)。推薦的方案是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)嗎？是否具有普遍性？包括“歧視”，都需要實(shí)踐檢驗(yàn)才能成立?？傊仨氂涀?，高頻功率干式變壓器是一種產(chǎn)品(即商品)，設(shè)計(jì)原則是在特定使用閾值下執(zhí)行特定功能時(shí)達(dá)到較佳性價(jià)比。測試設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品是否經(jīng)得起市場的檢驗(yàn)。3高頻功率干式變壓器的設(shè)計(jì)要求根據(jù)設(shè)計(jì)原則，可以對(duì)高頻功率干式變壓器提出四個(gè)設(shè)計(jì)要求：使用閾值、完成功能、提高效率、降低成本。3.1使用閾值使用閾值包括可靠性和電磁兼容性兩個(gè)方面。以前只注重可靠性，現(xiàn)在因?yàn)榄h(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，必須注重電磁兼容。可靠性是指高頻供電的干式變壓器能夠正常工作，直到其使用壽命低于特定的使用閾值。一般情況下，環(huán)境溫度對(duì)高頻電源干式變壓器的影響較大。有些軟磁材料居里點(diǎn)低，對(duì)溫度敏感。例如：錳鋅軟磁

氧體，居里點(diǎn)只有215℃，其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度25℃外，還要給出60℃，80℃，100℃時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。因此，將錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的工作溫度限制在100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時(shí)，溫升只允許低于60℃，相當(dāng)于A級(jí)絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件，一般都采用E級(jí)和B級(jí)絕緣材料，采用H級(jí)絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜，是不是大材小用？成本增加多少？是不是因?yàn)镠級(jí)絕緣的高頻電源干式變壓器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，可以使體積減少1/2～1/3的緣故?如果是，請(qǐng)舉具體實(shí)例數(shù)據(jù)。作者曾開發(fā)H級(jí)絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器，與B級(jí)絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器相比，體積減小15％到20％，已經(jīng)相當(dāng)可觀了。本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源干式變壓器，如次級(jí)繞組采用三重絕緣線，能把體積減小1/2～1/3，那一定是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)。請(qǐng)有關(guān)作者詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以便廣大讀者學(xué)習(xí)。電磁兼容性是指高頻電源干式變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括可聞的音頻噪聲和不可聞的高頻噪聲。高頻電源干式變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。例如，錳鋅軟磁鐵氧體，磁致伸縮系數(shù)λS為21×10－6，是取向硅鋼的7倍以上，是高磁導(dǎo)坡莫合金和非晶合金的20倍以上，是微晶納米晶合金的10倍以上。因此錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產(chǎn)生的電磁干擾大。高頻電源干式變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因還有磁芯之間的吸力和繞組導(dǎo)線之間的斥力。這些力的變化頻率與高頻電源干式變壓器的工作頻率一致。因此，工作頻率為100kHz左右的高頻電源干式變壓器，沒有特殊原因是不會(huì)產(chǎn)生20kHz以下音頻噪聲的。既然提出10W以下單片開關(guān)電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz～20kHz，一定有其原因。由于沒有畫出噪聲頻譜圖，具體原因說不清楚，但是由高頻電源干式變壓器本身產(chǎn)生的可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。至于采用這種粘合工藝可將音頻噪聲降低5dB，請(qǐng)給出實(shí)例與數(shù)據(jù)以及對(duì)噪聲原因的詳細(xì)說明，才會(huì)令人可信。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源干式變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源干式變壓器的電磁干擾傳播，在設(shè)計(jì)磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，只靠加外屏蔽帶并不一定是較佳方案，因?yàn)樗荒茏柚馆椛涓蓴_，不能阻止傳導(dǎo)干擾。3.2 完成功能高頻電源干式變壓器完成功能有3個(gè)：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。較好種是干式變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從較大值Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值ΔB=Bm－Br。為了提高ΔB，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從＋Bm變化到－Bm，或者從－Bm變化到＋Bm。磁通密度變化值ΔB=2Bm，為了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，干式變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，然后通過去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多，而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源干式變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。在電源干式變壓器“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，很遺憾缺少這一個(gè)主要內(nèi)容。只是在“交流損耗”一條中，提出BAC典型值為0.04～0.075T。顯然，文中的高頻電源干式變壓器是采用電感功率傳送方式，為什么不提磁導(dǎo)率，而提BAC弄不清楚。經(jīng)查閱，在《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1/2期，同一主要作者寫的開關(guān)電源“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，列出了“磁芯的選擇”，也沒有提磁導(dǎo)率，只是提出較大磁通密度Bm為0.275T。由于沒有畫磁通密度變化波形，弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一致：為什么BAC和Bm相差6.8～3.7倍？更不清楚，選的是哪一種軟磁鐵氧體材料？為什么選這種型號(hào)？兩文中都沒有一點(diǎn)說明，只好讓讀者自己去猜想了。電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。但是，繞組匝數(shù)與高頻電源干式變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。有趣的是，漏感能不能規(guī)定一個(gè)數(shù)值？《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期同時(shí)刊登的兩篇文章有著不同的說法?！霸O(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中說：“對(duì)于一符合絕緣及安全標(biāo)準(zhǔn)的高頻干式變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％”?！氨嫖觥币晃闹姓f：“在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著漏感=1％的磁化電感或漏感 來源：佳工機(jī)電網(wǎng)#p#分頁標(biāo)題#e#