高频变压器的设计
高频变压器的设计
高频变压器传输电力。物理尺寸取决于要传输的功率以及工作频率。频率越高，物理尺寸越小。频率通常在 20 至 100kHz 之间。主要采用铁氧体作为磁芯材料。
相应内核的数据手册提供了有关各种内核可能的传输功率的信息。
计算高频变压器的第一步通常是在数据手册的帮助下选择合适的磁芯，该数据手册为此目的提供了某些表格。 [1] 和 [2] 中描述了选择合适磁芯的另一种方法，其中首先根据传输功率和开关频率确定磁芯重量或磁芯体积。
在第二步中，计算初级匝数，因为这决定了磁芯内的磁通量密度。然后计算线径，该线径取决于初级和次级线圈中的电流。
最小初级匝数的计算：
假设变压器原边有方波电压V1。这会产生输入电流 I1，该电流由反向变换的次级电流 I2 和磁化电流 IM 组成（见图 1）。使用没有气隙的磁芯以保持磁化电流尽可能小。
变压器输入端的方波电压产生三角形磁化电流 IM，该电流几乎与次级电流无关（另请参见等效电路）。磁化电流大约与磁通量 Φ（即磁通密度 B）成正比。输入电压 V1 决定变压器磁芯中的磁通量，对应于法拉第定律 V = N·d(Φ)/dt（参见图 2） 。
对于上图中右侧的变压器，以下情况适用：
磁通密度的变化 ΔB 取决于频率 f = 1/T 和匝数 N1。频率和匝数越高，磁通密度的变化越小。
现在可以计算出最小匝数 N1，以确保不超过磁通密度 ΔB 的特定变化。 +/-0.3T的饱和磁通密度（即ΔB = 0.6T）不能正常用于高频变压器。在推挽式转换器中，每个时钟周期都围绕磁滞环运行会导致不可接受的损耗，即发热。如果没有关于磁芯损耗和热阻的进一步信息，则对于常用频率（20kHz 至 100kHz），ΔB 应限制为 ΔB = 0.3...0.2T。有关 ΔB 选择的更多信息可以在 [1] 和 [2] 中找到。
一般来说，以下适用：磁通密度变化ΔB越小，磁滞损耗越小。
由此得出 N1 结果的合适匝数：
（其中 Amin 是最小磁芯横截面。这决定了最大磁通密度。Amin 在数据表中给出）
注释：
对于单晶体管正向转换器，磁芯仅在一个方向上磁化，而对于推挽式转换器，磁芯在两个方向上磁化。如果磁芯被使用到饱和水平，则推挽式转换器的磁通密度的最大变化可能是0.6T，并且如果使用通常的铁氧体，则对于单晶体管正向转换器来说磁通密度的最大变化可能达到0.3T。
线径的计算：
线径取决于各自的有效值。线圈电流值。这可以根据线圈功率来计算。如果忽略损耗并假设 Vin_min 达到最大占空比，则得出：
对于单晶体管正激转换器：
对于全桥推挽转换器：
对于半桥推挽转换器：
在上述计算中，磁化电流可以忽略不计。根据热阻，电流密度 S 选择在 2 至 5 A/mm2 之间。线材截面Awire和线材直径dwire可按下式计算：
通常的磁芯设计为使上述计算的线圈适合可用的绕组面积。初级和次级绕组都需要相等的绕组面积
注释：
对于高频和大型电直径，必须考虑趋肤效应。建议使用铜线或HF线路的频率> 20kHz和线条段> 1mm2。
要点
l 不要改变匝数比 N1/N2。
l 匝数 N1 的减少将导致 ΔB 的增加和磁滞损耗的二次增加。
l 如果允许更高的温度，则其有效芯体积 Ve 略低于我们建议的值的芯可能是合适的。然而，最终的核心温度只能在实验中正确确定。
l 注意在改变匝数时不要超过 ΔB 的饱和水平（对于双晶体管正激转换器，ΔBmax = 0.3T，对于推挽式转换器，ΔBmax = 0.6T）。
l 匝数 N2 只能在模拟侧通过改变匝数比 N1/N2 来改变。如果更改会阻止达到 Vin = Vin_min 所需的输出电压，则程序将拒绝该更改。