在傳統的高頻變壓器設計中，由於磁心材料的限制，其工作頻率較低，一般在20khz左右。隨著電源技術的不斷發展，電源系統的小型化，高頻化和高功率比已成為乙個永恆的研究方向和發展趨勢。因此，研究使用頻率更高的電源變壓器是降低電源系統體積，提高電源輸出功率比的關鍵因素。
本文根據超微晶合金的優異電磁效能，通過示例介紹30khz超微晶高頻開關電源變壓器的設計。
1變壓器的效能指標
工作頻率f：30khz
變換器輸入電壓ui:dc300v
變換器輸出電壓u0:dc2100v
變換器輸出電流io:0.08a
整流電路：橋式整流
占空比d：1％～90％
輸出效率η:≥80％
耐壓：dc12kv
溫公升：＋50℃
工作環境條件:－55℃～＋85℃
2變壓器磁心的選擇與工作點確定
從變壓器的效能指標要求可知，傳統的薄帶矽鋼、鐵氧體材料已很難滿足變壓器在頻率、使用環境方面的設計要求。磁心的材料只有從坡莫合金、鈷基非晶態合金和超微晶合金三種材料中來考慮，但坡莫合金、鈷基非晶態**高，約為超微晶合金的數倍，而飽和磁感應強度bs卻為超微晶合金2/3左右，且加工工藝複雜。因此，綜合三種材料的效能比較（表1），選擇飽和磁感應強度bs高，溫度穩定性好，**低廉，加工方便的超微晶合金有利於變壓器技術指標的實現。
圖1（1）鈷基非晶態合金和超微晶合金的主要磁性能比較
材料 飽和磁感應強度/t
矯頑力/a·m－1
居里溫度/℃
比損耗20khz0.5t/w·kg－1
工作頻率/khz
工作溫度/℃
超微晶合金
1.20.48～1.2
25～150
～150
鈷基非晶態
0.81.2
34020 ～100
～120
坡莫合金
0.71.99
48030 ～50
～200
磁心工作點的選擇往往從磁心的材料，變壓器的工作狀態，工作頻率，輸出功率，絕緣耐壓等因素來考慮。超微晶合金的飽和磁感應強度bs較高約為1.2t，在雙極性開關電源變壓器的設計中，磁心的最大工作磁感應強度bm一般可取到0.
6～0.7t，經特別處理的磁心，bm可達到0.9t。
在本設計中，由於工作頻率、絕緣耐壓、使用環境的原因，把最大工作磁感應強度bm定在0.6t，而磁心結構則定為不切口的矩形磁心。這種結構的磁心與環形磁心相比具有線圈繞制方便、分布引數影響小、磁心視窗利用率高、散熱性好、系統絕緣可靠、但電磁相容性較差。
3變壓器主要引數的計算
3.1變壓器的計算功率
半橋式變換器的輸出電路為橋式整流時，其開關電源變壓器的計算功率為：
pt=uoio(1＋1/η)(1)
將uo=2100v,io=0.08a,η=80％代入式（1），可得pt=378w。
3.2變壓器的設計輸出能力
變壓器的設計輸出能力為：
ap=(pt·104/4bmfkwkj)1.16（2）
式中：工作頻率f為30khz，工作磁感應強度bm取0.6t，磁心的視窗占空係數kw取0.
2，矩形磁心的電流密度（溫公升為50℃時）kj取468。經計算，變壓器的設計輸出能力ap=0.511cm4。
3.3變壓器的實際輸出能力
鐵基超微晶鐵心及超微晶軟磁合金通過省級技術鑑定
2023年10月24日，由江西省科委等機關委託主持的對江西大有科技****研製的新產品dy－on型鐵基超微晶磁鐵心和超微晶軟磁合金通過了省級技術鑑定，獲得與會專家學者的高度評價，一致認為這兩項產品效能穩定，各項技術指標分別達到美國ul94－p標準和國標gbm292－89技術要求，在國內同類產品中具有特色。
非晶態（超微晶）軟磁合金，是90年代世界六大高科技新型材料之一，它具有優異的特點，目前國內市場供不應求，前景廣闊。
聯絡人：江西省宜春市東風大街62號宜春地區糧食局（336000）方華平
變壓器的輸出能力即磁心的輸出能力，它取決於磁心面積的乘積（ap），其值等於磁心有效截面積（ac）和它的視窗截面積（am）的乘積，即：ap=acam(3)
在變壓器的設計中，變壓器的輸出能力必須大於它的設計輸出能力。在設計中，我們選用的矩形磁心的尺寸為：10×10×39×13.
4（即：a=10mm，b=10mm，c=13.4mm，h=39mm），實際ap達3.
66cm4(其中磁心截面積的占空係數kc取0.7)，大於變壓器的設計輸出能力0.511cm4，因此，該磁心能夠滿足設計使用要求。
3.4繞組計算
初級匝數：d取50％，ton=d/f=0.5/(30×103)=16.67μs,
忽略開關管壓降，up1=ui/2=150v。
n1=up1ton10－2/2bmac=(150×16.67)10－2
/(2×0.6×1×1×0.7)=29.77匝
取n1=30匝
次級匝數：忽略整流管壓降，up2=uo=2100v。
n2=up2n1/up1=(30×2100)/150=420匝
3.5導線線徑
ip1=up2ip2/up1=0.08×2100/150=1.12a
電流密度：j=kjap－0.1410－2=468×0.511－0.14
×10－2=5.14a/mm2
考慮到線包損耗與溫公升，把電流密度定為4a/mm2
（1）初級繞組：
計算導線截面積為sm1=ip1/j=1.12/4=0.28mm2
初級繞組的線徑可選d=0.63mm,其截面積為0.312mm2的圓銅線。
(2)次級繞組：
計算導線截面積為sm2=ip2/j=0.08/4=0.02mm2。
次級繞組的線徑可選d=0.16mm的圓銅線，其截面積為0.02mm2。為了方便線圈繞制也可選用線徑較粗的導線。
4線圈繞制與絕緣
為減小分布引數的影響，初級採用雙腿並繞連線的結構，次級採用分段繞制，串聯相接的方式，降低繞組間的電壓差，提高變壓器的可靠性，繞制後的線圈厚度約為4.5mm。小於磁心視窗寬度13.
4mm的一半。在變壓器的絕緣方面，線圈絕緣選用抗電強度高、介質損耗低的復合纖維絕緣紙，提高初、次級之間的絕緣強度和抗電暈能力。變壓器絕緣則採用整體灌注的方法來保證變壓器的絕緣使用要求。
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