高频开关电源主要磁性元件的设计

高频开关电源主要磁性元件的设计

1主变压器的设计

对于高频开关电源的主要发热元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。

1)主变压器的磁芯必须具备以下几个特点

(1)低损耗；(2)高的饱和磁感应强度且温度系数小；

(3)宽工作温度范围；

(4)μ值随B值变化小；

(5)与所选用功率器件开关速度相应的频响。

早前高频变压器一般选用铁氧体磁芯，下面对VITROPERM500F铁基超微晶磁芯与德国西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯的性能进行较，从以上图表可以看出两者有以下区别：

(1)相同工作频率(200kHz以下)，非晶材料损耗明显低于铁氧体，工作频率越低，工作B值越高，非晶材料优势越明显。但在250kHz以上频段，铁氧体损耗要明显低于非晶材料。

(2)非晶材料损耗随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器热设计的难度。

(3)非晶材料导磁率随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器设计的难度，提高了电源运行的稳定性和可靠性。

(4)非晶材料Bs·μ值是铁氧体的10～15倍，意味着变压器体积重量可以大幅减小。

变压器设计过程中，最困难的是热设计，变压器的产热与多方面的因素有关，如磁芯损耗，铜损等。开关频率增加，变压器的发热呈指数增加。若采用铁氧体磁芯，由于铁氧体的居里点较低，需对变压器磁芯作散热处理，工艺制作比较复杂。若散热处理不当，铁氧体磁材高温下易失磁，导致电路工作异常。若采用非晶做变压器，将工作ΔB由4000高斯提高到100007葛斯，开关器件的工作频率则可以降到100kHz以下。非晶材料在16～100kHz频率范围内，损耗／Bs值最低，相应的变压器匝数及体积最小，发热量也较小，对提高整机效率，减小模块电源的体积有巨大帮助。在采用软开关控制技术的前提下，可以充分发挥IGBT的低导通压降，大电流，高耐压的优点，大幅度地提高电源的可靠性。

2磁芯的选择

因为全桥变换器中的变压器工作在双端，对Br的要求不是很严格，它需要的是2Bm。但若选用高Br的磁芯，当电源功率较大时，容易产生饱和现象。为此，对于中、大功率的开关电源，主变压器选用饱和磁感应强度Bs高、剩余磁感应强度B，低的磁芯。虽然铁基非晶材料的饱和磁感应强度Bs高，但是由于铁基非晶材料的工作频率较低(50000，损耗P(0．5T、20kHz)