反激式高頻變壓器的分析與設(shè)計(jì)

摘要：隨著反激式高頻鏈逆變器在小功率領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，為了研究出其核心部件：反激式高頻變壓器有效實(shí)用的設(shè)計(jì)方式。在此結(jié)合了Ap法及電流密度經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于變壓器Ap值的確定方法進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例，用詳實(shí)、具體的步驟揭示了高額變壓器設(shè)計(jì)、制作的復(fù)雜程序。最后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)實(shí)例中的實(shí)驗(yàn)品在250 VA反激式高頻鏈逆變器中進(jìn)行了測(cè)試使用，測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的變壓器性能良好，設(shè)計(jì)方法清晰、明了。
關(guān)鍵詞：高頻鏈；高頻變壓器；反激式；氣隙

0 引言
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的工頻逆變器因存在變壓器體積過(guò)大、輸出濾波器笨重、容易產(chǎn)生音頻噪聲及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較差等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展的潮流與需求，而高頻鏈逆變器則因?yàn)閾碛懈呖煽啃?、高效率、高頻化、高功率密度、低損耗等特點(diǎn)，正在逐漸取代傳統(tǒng)的工頻逆變器，成為新一代逆變器的主流發(fā)展方向之一。
作為高頻鏈逆變器的核心部件，高頻變壓器同時(shí)具備傳輸能量、電氣隔離、儲(chǔ)能、升降壓等功能，其性能好壞，將直接決定整個(gè)逆變器性能的優(yōu)劣。在各類(lèi)高頻變壓器的設(shè)計(jì)中，以反激變換器拓?fù)渲械淖儔浩髯顝?fù)雜，而在小功率范圍內(nèi)，反激式高頻鏈逆變器的拓?fù)淠壳笆蔷C合性能最好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，本文的研究重點(diǎn)將放在反激式高頻鏈逆變器的高頻變壓器的設(shè)計(jì)上。

1 反激式高頻鏈逆變器簡(jiǎn)介
反激式(Flyback)高頻鏈逆變器又稱(chēng)電流型高頻鏈逆變器，它是以反激變換器拓?fù)錇榛A(chǔ)演變而來(lái)的，其電路拓?fù)淙鐖D1所示。它由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器組成，其中高頻變壓器不僅提供電氣隔離和電壓調(diào)整而且還可以存儲(chǔ)能量，因此可以省掉輸出濾波電感。相比于其它結(jié)構(gòu)的高頻鏈逆變器，反激變換器的電流源高頻鏈逆變器具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量雙向流動(dòng)、控制易于實(shí)現(xiàn)、無(wú)電壓過(guò)沖問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)反激式高頻鏈逆變器的高頻變壓器設(shè)計(jì)需要注意以下2點(diǎn)：
(1)反激型電路工作于電流斷續(xù)模式時(shí)，變壓器的磁芯利用率較高，故在設(shè)計(jì)反激型變壓器時(shí)，應(yīng)根據(jù)DCM模式下的公式去計(jì)算原副邊電壓比；
(2)在設(shè)計(jì)反激型電路的變壓器時(shí)，必須設(shè)計(jì)足夠的磁芯氣隙來(lái)防止磁芯飽和狀態(tài)并平衡直流成分。

2 變壓器設(shè)計(jì)分析
2．1 磁芯材料
設(shè)計(jì)高頻變壓器首先從選擇磁芯材料開(kāi)始，高頻開(kāi)關(guān)電源的變壓器磁芯大多是在低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，具有較高的磁導(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(shí)，通過(guò)不大的激磁電流就能夠承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。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。各種磁芯物理性能及價(jià)格比較如表1所示。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，但飽和磁通比較小。本文設(shè)計(jì)就采用鐵氧體材料。