你真的了解开关电源吗？
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你真的了解开关电源吗？
&我想DIY，要具备哪些理论知识、实践技能和工程素质啊?&本文引用地址：&如何从给定的设计规格设计出?具体步骤是什么?&&中的电感、变压器怎么自己制作?控制芯片如何选型?&&如何选择磁芯外形、变频器类型、工作频率、计算各种参数呢?&&如何进行优化和折中?&&&电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备就不可能工作。虽然市面上有很多介绍开关电源的书籍，但仍然缺少快速入门及经验总结类的资料，所以，尽管资料丰富，但还是有很多人不知道怎样利用。当然这篇文档只是入门介绍，深入研究还要看其他专著。从电网得到的交流电或由电池取得的直流电是随环境温度、时间和负载所变化的，它们不能直接成为电子设备所需的内部电源。电子设备由于要完成许多高级的功能，对其供电电源的精度随环境的变化，动态响应能力，还有很多其他的指标都有非常高的要求。将电网或电池的一次电能转换为符合电子设备要求的二次电能，这样的变换设备就是我们这里要讲的电源。随着片状电子元件、表面安装技术及大规模集成电路的发展，电子产品越来越小型化、轻型化，如何缩小电源的体积减轻重量，提高电源的转换效率，增强对电网电压的适应性，是人们致力于研究的重点。一个比较好的解决方案是：以轻巧的高频变压器取代笨重的工频变压器，采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源，即我们马上就要讲到的开关电源。开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点，目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。开关电源按变换方式可分为以下四大类：1、AC/DC 开关电源2、DC/DC 开关电源3、DC/AC 逆变器4、AC/AC 变频器目前只将前面两类称为开关电源，将后面两类分别称为逆变器和变频器。开关电源按应用方式可分为以下三大类：1、外置电源与设备分开放置的电源模块或电源系统，如：---通信用一次电源模块和系统---电力操作电源模块和系统---手机电池充电器---笔记本电脑的Adapter---各类手提设备、便携设备的电池充电器等等2、内置电源放在设备内部的电源模块或电源系统，如：---计算机内部的SilverBox和VRM---家电(如：普通电视机、等离子电视机、液晶电视机)内部的供电电源---工业控制设备内部的电源---仪器中使用的电源---通信设备内部的电源模块和系统---复印机、传真机、打印机等的内部电源等等3、板上电源放在设备内单板上的电源模块，如：---标准砖类电源(全砖、半砖、1/4砖、1/8砖)---非隔离POL(Point of Load 负载点)变换器---VRM(Voltage regulator module电压调节模块)和VRD(Voltage regulator down)---小功率SMD电源---SIP和DIP电源等等开发一个开关电源产品所需要的基本技能：1、认识组成开关电源的所有元器件2、掌握各种元器件的电气性能和电路符号3、会自己制作各种磁芯元件4、会正确装配电源中的各个部分5、了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法6、会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试，优化和折中7、会对获得的实验结果进行分析，并进行总结8、会从不同渠道不断地学习电源知识并能够和别人交流开发一个开关电源产品所需要的专业理论知识：1、有源PFC的拓扑分析，控制与设计2、DC/DC功率变换器的拓扑与稳态分析3、开关电源的功率级参数设计4、开关电源的控制与动态分析5、开关电源的小信号分析与设计6、开关电源的大信号分析与设计7、开关电源的EMI分析与设计8、开关电源的热分析与设计9、开关电源的容差分析与设计10、开关电源的各种保护技术11、开关电源的同步整流技术12、开关电源的模块均流控制技术有些技术很成熟了，只要查表或者使用现成电路或专用芯片就可以做好。EMI比较困难，因为元件特性会变化。ATX电源一个非常容易找到的开关电源就是PC机里用的ATX电源了。拆开电源可以看到里面的构造：1、220V 50HZ交流输入2、保险管3、交流互感滤波(对高于50HZ高次谐波滤波，避免对后面电路的高频干扰)4、二极管桥式整流电路5、滤波电容6、开关管7、开关变压器8、辅助电源(为电源监控部件、保护电路、控制电路等电路供电。)9、开关激励脉冲形成电路(集成电路TL494和LM339比较器，开关振荡稳压控制，控制开关管)10、光耦/激励变压器(将激励脉冲送到开关管的桥梁)11、高频滤波电感和电容(滤除高次谐波)12、直流电压输出ATX接口定义：(有防插反缺口)ATX主板电源接口+3.3VDC +3.3VDC COM +5VDC COM +5VDC COM PWR_OK +5VSB +12VDC+3.3VDC -12VDC COM PS_ON# COM COM COM -5VDC +5VDC +5VDC硬盘、光驱电源接口+12VDC COM COM +5VDC软驱电源接口+5VDC COM COM +12VDCAUX电源接口COM COM COM +3.3VDC +3.3VDC +5VDCp4主板12V电源接口COM COM+12VDC +12VDCATX采用颜色区分，仅凭颜色就可以知道电压值：白色 -5V红色 +5V黑色 地黄色 +12V蓝色 -12V橙色 +3.3V灰色 POW_OK +5V 开机自检启动信号紫色 +5VSB 待机电源绿色 PS_ON# +5V 电源启停控制几个控制信号的说明：POW_OK信号(在AT电源中及部分电源板上称P.G信号)为微机开机自检启动信号，为了防止开机时各路输出电路时序不定，CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均设置了POW_OK信号。PS_ON#信号：ATX电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用&+5VSB、PS_ON#&的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制
&PS_ON#&信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS_ON#信号的控制，当&PS_ON#&小于1V伏时开启电源，大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)控制主板的&电源监控部件&的输出状态，同时也可用程序来控制&电源监控件&的输出，如在WIN9X平台下，发出关机指令，使&PS_ON#&变为+5V，ATX电源就自动关闭。+5VSB：待机电源，上电后一直存在，该输出连接到ATX主板的&电源监控部件&，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能。ATX电源需要短接PS_ON#和COM(即ATX主板电源接口的14脚和15脚短接)才能启动(此时电源散热风扇转动)。开关电源变压器设计开关电源变压器是开关电源中的核心部件，作用有三：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。由于开关变压器的工作频率很高，因此它的体积和重量比工频变压器大为缩小，同时变压器的分布参数亦不能忽略。设计时需要考虑磁芯材料选择，磁芯与线圈的结构，绕制工艺等。开关电源变压器工作于高频状态，分布参数有漏感、分布电容和电流趋肤效应。一般根据开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值，在变压器的线圈结构设计中实现，而趋肤效应则作为选择导线规格的条件之一。开关电源变压器的工作状态与开关型功率变换器的电路形式有关，一般根据功率大小，使用要求，采用不同形式的功率变换器。不同的电路形式，开关电源变压器工作状态也不同，对开关电源变压器也提出了不同的设计要求。变换器形式有：双极性(推挽式、全桥式、半桥式)，单端正激式，单端反激式等。开关电源变压器中使用的是软磁材料。比如：铁氧体材料。铁氧体材料很容易加工成各种形状，可根据开关变压器的电路类型、使用要求、功率等级、经济指标等选用合适的磁芯形状。磁芯型号主要有：EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每种型号又有很多尺寸规格可以选择。开关电源变压器参数计算：漏感计算、分布电容计算、穿透深度(导线选择)、交流电阻计算、电流有效值。开关电源变压器设计设计内容：1、磁芯规格2、匝数与导线规格3、损耗与温升4、导线结构：多股线或扁平线5、绕组结构：多层或分段饶制6、端空设计：按绝缘电位设计端空设计条件：1、电路形式：给出变换器的形式，输入输出电路及所用元器件2、工作频率或周期3、变换器输入最高、最低电压4、输出电压和电流5、开关管最大导通时间6、开关管导通电压降及整流二极管正向电压降7、隔离电位8、要求的漏感或分布电容9、温升要求10、磁芯形状11、工作环境条件设计参数的确定：1、磁感应强度B和电流密度J磁感应强度B、变压器铜耗Pm、电流密度J2、变压器和线圈的结构参数铜线占空系数、平均匝长、变压器表面积、磁芯结构常数铁氧体材料的开关电源变压器采用标准化设计，通过查表的方法简化工作量。表格包含了如下信息：变换器类型工作频率变压器温升磁芯规格技术指标直流功率、增量磁感、剩余磁感、电流密度、电压调整率、电感系数损耗指标磁芯损耗、线圈铜耗、散热面积、单位损耗、效率结构参数结构常数、平均匝长、等效截面、磁路长度、气隙厚度、磁芯体积线圈参数初级每匝伏数、次级每匝伏数、绕线宽度、绕线厚度、占空系数开关电源设计举例设计一个标准的多输出电源：稳态设计规格：1、输入电压范围：85 ~ 264 VAC2、输出#1：5V/50A输出#2：3.3V/40A 满足：I1 + I2 《= 55A输出#3：12V/12A输出#4：-12V/4A3、输出电压纹波：4、模块满载效率：&70%5、输入功率因数：0.99TYP6、电压调整率：&+-1%7、负载调整率：输出#1 &+-0.5%，其它输出 &+-3%8、模块几何尺寸：长 * 宽 * 高9、模块环境温度：-20 ~ 50摄氏度10、温度系数：&0.02%11、输出保持时间：16ms设计必须实现的功能：1、全范围内的正常开关机2、全范围内的输出稳压且满足各项电性能指标3、实现规格书要求的自动保护4、输出#1 ~ 输出#3的输出并联均流5、输出#1和输出#2的远端补偿6、实现规格书的安全要求7、实现规格书的EMI要求8、实现规格书的热插拔要求9、实现规格书的MTBF要求10、实现规格书的成本要求11、实现规格书的通断逻辑功能要求开关电源设计优化当我们设计完成一个开关电源以后，只是大致实现了其功能和指标，还需要进行各种优化。1、功率级参数的优化在选定功率级拓扑后，可利用前面的知识和稳态工作点选择对功率参数进行优化，使得：---开关功率器件的损耗最小---功率变压器和滤波器电感，滤波电容等的体积最小---电源整机的功率密度最高---功率级的Layout最合理等等在这些优化中，最重要的是功率变压器的优化，其变比，其绕法都会直接影响其他功率元器件的选择和整个功率级的效率及功率密度。合理地选择功率开关器件和它们的驱动电路及吸收电路，对功率级的性能也很重要。2、环路参数的优化在选定功率级拓扑和控制策略后，可利用前面的知识在功率级参数优化的基础上，对环路参数进行优化，使得：---尽量减小闭环电压音频隔离度，从而减小PFC滤波电容---尽量减小闭环输出阻抗，从而减小DC输出滤波电容在环路优化中，最重要的是补偿器参数，调制器参数(如外部斜波补偿含量)和光耦电路参数的优化。其中，电源整机的PCB
Layout对环路的影响非常大，只有在好的PCB
Layout下面，通过环路各部分参数的优化，才能使电源环增益的带宽尽可能大，从而实现更好的动态性能和更高的功率密度。3、辅助电源参数的优化在采用绕组供电的开关电源产品中，必须对辅助电源的质量进行优化，使得：---辅助电源对开关电源稳态性能的影响最小---辅助电源对开关电源动态性能的影响最小---辅助电源不会影响开关电源整机的可靠性采用变压器绕组或电感绕组的辅助电源，其输出电压的质量一般不太好，通过对辅助电源的优化，要保证自供电后的电源整机性能变化最小，可靠性没有问题。4、其他优化---电源内各种保护电路的优化---EMI滤波器电路的优化---电源内部热环境的优化---电源其他功能电路(如：均流、同步、热插拔、远端补偿等等)的优化---PCB Layout的优化等等开关电源设计折中设计开关电源是个充满矛盾的过程，鱼和熊掌不可得兼，需要平衡折中各种指标，这个火候的掌握和拿捏需要大量经验。前面谈了优化，现在谈折中，有时反而需要减少优化程度，真是奇妙啊!1、稳态性能与动态性能的折中很多功率级拓扑，其稳态性能与动态性能通常难以兼顾，稳态性能好，动态性能就差，动态性能好，稳态性能就差。这种例子非常多，所以选择拓扑时，一定要根据要求和应用场合来合理选择。即使同一个拓扑，其功率级参数设计时，也要考虑稳态性能和动态性能的折中。如：输出滤波器电感的设计，对效率而言，希望其越大越好，但对动态性能而言，则希望其小一点好，所以设计时需要折中。2、功率密度与可靠性的折中很多有更高功率密度的拓扑，其实现时会比较复杂，而且往往拓扑本身还有可靠性较低的隐患，所以，选择拓扑结构时也要根据可靠性和性能来进行具体折中。如一些实现软开关的拓扑，一般可实现更高的开关频率，具有更高的功率密度，但他们在实现的产品中，可靠性往往较低。3、小信号性能与大信号性能的折中在一个电源中，有很多性能需要满足，利用不同的控制策略，不同的补偿电路会得到不同的动态性能。有些控制策略或参数对输入端的扰动具有较强的抑制能力，有些则对负载端的扰动具有较强的抑制能力，有的参数对小信号动态稳定性很好，但在大信号下，其可能不稳定，有的参数能满足大信号的要求，但小信号下其会变差，因此，要对大小信号的动态设计进行折中。4、高低温下的设计折中在一个电源中，因各种参数都是与其工作时的温度有关，所以必须找出一组参数能在全部环境温度范围内满足所有性能指标，这需要做很多折中。5、电性能与热性能之间的折中在一个电源中，电性能(如电应力和EMI性能)与热性能之间的要求是矛盾的。为了获得好的EMI和低的电应力，希望功率元器件的回路尽量小，但这会使得各元器件之间的热影响更厉害，各元器件的损耗会更大。将各功率元器件之间的回路加大，可减小这种热影响，改善热设计，但因寄生参数的增加，会使器件的电应力增加，效率变低，EMI性能变坏，所以，电源中热与电两个设计是非常需要折中的。6、关键部件的折中在开关电源中，有一些关键部件，在设计时需要折中。如：功率变压器的设计，对稳态效率性能而言，在变比等已经最优化后，希望其漏感最小，但在实现漏感最小的同时，往往会增加绕组之间的分布电容，这通常会增加共模EMI干扰和降低安全性。另外，如驱动能力的折中。为了减小功率开关器件(MOSFET)的开关损耗，希望其开关过程尽量短，这可通过减小门级驱动电阻来实现，但在开关速度提高的同时，往往会增加电源的共模EMI，使得EMI特性变差。7、其他折中做好一个开关电源，还有很多其他折中要做，总之，因为开关电源是一个在一定边界(由输入电压、负载电流和环境温度组成的长方体)之内，满足规格书要求的功率电子产品，既有功率处理和信息处理，又有热处理，所以，为了做好这样的产品，必须要做很多很多的折中。这要求开发人员了解如何在折中的基础上优化，在优化的基础上折中，使开发的电源产品达到最佳的性价比。如何做好开关电源设计目前，国内多数电源公司在产品开发中存在怪圈现象：公司业务接了一个单子，时间只有一个月，设计人员赶紧开始，草草设计一周后搞定PCB，然后安装调试，装完就通电，嘿，输出有了，一测试指标，一堆不达标，脑子乱乱的，改进再调，解决了一个问题又冒出一个，每天加班加点，时间过得真快，一个月时限马上到了，工作没完成，请求延期，半年后勉强完成了，累得筋疲力尽，不得喘息，立马又进入下一个项目循环。公司由于开发管理不规范，没有任何技术积累;员工由于开发工作不专业，在开发过程中无任何提高。从工程师个人角度来说，养成制定个人工作计划，按规范做设计、调试、总结的习惯，是成为资深电源开发人员所必须具备的工程素质。按规范做设计的步骤是：1、仔细阅读产品的开发规格书2、按规范绘制产品的功能结构总框图3、用功能结构总框图描述产品的基本功能实现4、用功能结构总框图描述产品的正常开关机过程5、用功能结构总框图描述产品的故障保护过程6、设计功能结构总框图中的各个单元电路并撰写设计总结7、绘制出一整套设计图纸按规范调试的习惯：开发人员要能够养成按规范开发操作步骤开发产品的习惯，那就不会出现很多不必要的反复，就可避免出现前面介绍的那种怪圈，就可以将产品开发工作做得又好又快，同时开发人员还能在很短的时间内提升自己的专业水平，过不了多久，就可以从一个新手上升为资深电源工程师。详细的电源开发操作规范留到课上再说。按规范做总结的习惯：在按规范进行开发时，每做一个实验后，都要做一份实验总结，产品开发完成后，还要将整个开发工作进行总结。作为开发人员，总结是保证自己技术水平迅速提高的最重要的手段，所以，你想早点成为资深工程师，你就一定要认认真真地做好每一份总结。
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高频变压器设计不仅仅只是计算！
开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等。不同器件有不同的控制发热量的方法。功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减小它的发热量，不仅可以提高功率管的可靠性，而且可以提高开关电源的可靠性，提高平均无故障时间（MTBF）。开关管的发热量是由损耗引起的，开关管的损耗由开关过程损耗和通态损耗两部分组成，减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损耗；开关过程损耗是由于栅电荷大小及开关时间引起的，减小开关过程损耗可以选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。但更为重要的是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减小损耗，如采用软开关技术，可以大大减小这种损耗。减小功率二极管的发热量，对交流整流及缓冲二极管，一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗，可以通过选择高质量的二极管来减小损耗。对于变压器二次侧的整流可以选择效率更高的同步整流技术来减小损耗。对于高频磁性材料引起的损耗，要尽量避免趋肤效应，对于趋肤效应造成的影响，可采用多股细漆包线并绕的办法来解决。
高频电源变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低，可分为几个档次：10kHz～50kHz、50kHz～100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。传送功率比较大的，工作频率比较低；传送功率比较小的，工作频率比较高。这样，既有工作频率的差别，又有送功率的差别，工作频率不同档次的电源变压器设计方法不一样.
高频电源变压器的设计原则
重性能和效率，有时可能偏重价格和成本。现在，轻、薄、短、小，成为高频电源的发展方向，是强调降低成本。其中成为一大难点的高频电源变压器，更需要在这方面下功夫。所以高频电源变压器的“设计要点”，性能，成本，如果能认真考虑一下高频电源变压器的设计原则，追求更好的性能价格比，传送不到10VA的单片开关电源高频变压器，应当设计出更轻、薄、短、小的方案来。市场的价值规律是无情的！许多性能好的产品，往往由于价格不能为市场接受而遭冷落和淘汰。往往一种新产品最后被成本否决。要“节能又节钱”
产品成本，不但包括材料成本，生产成本，还包括研发成本，设计成本。因此，为了节约时间，根据经验，对高频电源变压器的铁损铜损比例、漏感与激磁电感比例、原边和副边绕组损耗比例、电流密度提供一些参考数据，对窗口填充程度，绕组导线和结构推荐一些方案,不要按步就班地来回进行推算和仿真。设计原则是在具体的使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。检验设计的唯一标准是设计出的产品能否实应住市场.
高频电源变压器的设计要求
以设计原则为出发点，可以对高频电源变压器提出4项设计要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。
1、使用条件
使用条件包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。
可靠性是指在具体的使用条件下，高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件对高频电源变压器影响最大的是环境温度。有些软磁材料，居里点比较低，对温度敏感。例如：锰锌软磁铁氧体，居里点只有215℃，其磁通密度，磁导率和损耗都随温度发生变化，故除正常温度25℃外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参考数据。因此，将锰锌软磁铁氧体磁芯的工作温度限制在100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升只允许低于60℃，相当于A级绝缘材料温度。与锰锌软磁铁氧体磁芯相配套的电磁线和绝缘件，一般都采用E级和B级绝缘材料，采用H级绝缘的三重绝缘电磁线和聚酰胺薄膜，成本增加,是不是因为H级绝缘的高频电源变压器优化的设计方案，可以使体积减少1/2～1/3的缘故?本来体积就比较小的高频100kHz10VA高频电源变压器，如次级绕组采用三重绝缘线，能把体积减小1/2～1/3。
电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括音频噪声和高频噪声。高频电源高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因还有磁芯之间的吸力和绕组导线之间的斥力。这些力的变化频率与高频电源变压器的工作频率一致。因此，工作频率为100kHz左右的高频电源变压器，没有特殊原因是不会产生20kHz以下音频噪声的。10W以下单片开关电源的音频噪声频率，约为10kHz～20kHz，一定有其原因。由高频电源变压器本身产生的可能性不大，没有必要采用玻璃珠胶合剂粘合磁芯。
屏蔽是防止电磁干扰，增加高频电源变压器电磁兼容性的好办法。但是为了阻止高频电源变压器的电磁干扰传播，在设计磁芯结构和设计绕组结构也应当采取相应的措施，只加外屏蔽带并不一定是最佳方案，因为它只能阻止辐射干扰，不能阻止传导干扰。
2、完成功能
高频电源变压器完成功能有3个：功率传送，电压变换和绝缘隔离。功率传送有两种方式。
第一种是变压器功率的传送方式，加在原绕组上的电压，在磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，从而使电功率从原边传送到副边。在功率传送过程中，磁芯又分为磁通单方向变化和双方向变化两种工作模式。单方向变化工作模式，磁通密度从最大值Bm变化到剩余磁通密度Br，或者从Br变化到Bm。磁通密度变化值ΔB=Bm－Br。为了提高ΔB，希望Bm大，Br小。双方向变化工作模式磁通度从＋Bm变化到－Bm，或者从－Bm变化到＋Bm。磁通密度变化值ΔB=2Bm，为了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不论是单方向变化工作模式还是双方向变化工作模式，变压器功率传送方式都不直接与磁芯磁导率有关。
第二种是电感器功率传送方式，原绕组输入的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁使副绕组感应电压，变成电能释放给负载。传送功率决定于电感磁芯储能，而储能又决定于原绕组的电感。电感与磁芯磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，而不直接与磁通密度有关。虽然功率传送方式不同，要求的磁芯参数不一样，但是在高频电源变压器设计中，磁芯的材料和参数的选择仍然是设计的一个主要内容。电压变换通过原边和副边绕组匝数比来完成。不管功率传送是哪一种方式，原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比，只要不改变匝数比，就不影响电压变换。但是，绕组匝数与高频电源变压器的漏感有关。漏感大小与原绕组匝数的平方成正比。“对于一符合绝缘及安全标准的高频变压器，其漏感量应为次级开路时初级电感量的1％～3％：“在很多技术单上，标注着漏感=1％的磁化电感或漏感&2％的磁化电感等类似的技术要求。电源设计者应当根据电路正常工作要求，对所能接受的漏感值作一个数值限制。在制作变压器的过程中，应在不使变压器的其他参数（如匝间电容等）变差的情况下尽可能减小漏感值。就是尽可能减小漏感值。因为漏感值大，储存的能量也大，在电源开关过程中突然释放，会产生尖峰电压，增加开关器件承受的电压峰值，对绝缘不利，也产生附加损耗和电磁干扰。绝缘隔离通过原边和副边绕组的绝缘结构来完成。为了保证绕组之间的绝缘，必须增加两个绕组之间的距离，从而降低绕组间的耦合程度，使漏感增大。还有，原绕组一般为高压绕组，匝数不能太少，否则，匝间或者层间电压相差大，会引起局部短路。这样，匝数有下限，使漏感也有下限。总之，在高频电源变压器绝缘结构和总体结构设计中，要统筹考虑漏感和绝缘强度问题。
3、提高效率
提高效率是对电源和电子设备的普遍要求。提高高频电源变压器效率，可以节约电力。又具有环境保护的双重社会经济效益。因此，提高效率是高频电源变压器一个主要的设计要求，一般效率要提高到95％以上，损耗要减少到5％以下。高频电源变压器损耗包括磁芯损耗（铁损）和绕组损耗（铜损）。有人关心变压器的铁损和铜损的比例。这个比例是随变压器的工作频率发生变化的。如果变压器的外加电压不变，工作频率越低，绕组匝数越多，铜损越大。因此在50Hz工频下，铜损远远超过铁损。例如：50Hz，100kVAS9型三相油浸式硅钢电力变压器，铜损为铁损的5倍左右。50Hz，100kVASH11型三相油浸式非晶合金电力变压器，铜损为铁损的20倍左右。随着工作频率升高，绕组匝数减少，虽然由于趋表效应和邻近效应存在而使绕组损耗增加，但是总的趋势是铜损随着工作频率升高而下降。而铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，随着工作频率升高而迅速增大。在某一段工作频率，有可能出现铜损和铁损相等的情况，超过这一段工作频率，铁损就大于铜损。造成铁损不等于铜损的原因.导线粗细的选择，虽然受趋表效应影响，但主要由高频电源变压器的传送功率来决定，与工作频率不存在直接关系。而且，选用非常细的漆包线作为绕组，反而会增加铜损，延缓铜损的下降趋势。说不定在设计选定的工作频率下，还有可能出现铜损等于铁损的情况。中小功率高频电源变压器的工作频率在100kHz左右，铁损已经大于铜损，而成为高频电源变压器损耗的主要部分。
正因为铁损是高频电源变压器损耗的主要部分，因此根据铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计的一个主要内容。铁损也成为评价软磁芯材料的一个主要参数。铁损与磁芯的工作磁通密度工作频率有关，在介绍软磁磁芯材料铁损时，必须说明在什么工作磁通密度下和在什么工作频率下损耗。用符号表示时，也必须标明PB/f〔式中工作磁通密度B的单位是T（特斯拉），工作频率f的单位是Hz（赫芝）〕。例如，P0.5/400表示工作磁通密度为0.5T，工作频率为400Hz时的损耗。又例如，P0.1/100k表示工作磁通密度为0.1T，工作频率为100kHz时的损耗。铁损还与工作温度有关，在介绍软磁磁芯材料铁损时，必须指明它的工作温度，特别是软磁铁氧体材料，对温度变化比较敏感，在产品说明书中都要列出25℃至100℃的铁损。软磁材料的饱和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是铁损限制了工作磁通密度的上限。所以，在新的电源变压器用软磁铁氧体材料分类标准中，把允许的工作磁通密度和工作频率乘积B×f，作为材料的性能因子，并说明在性能因子条件下允许的损耗值。新的分类标准根据性能因子把软磁铁氧体材料分为PW1，PW2，PW3，PW4，PW5等5类，性能因子越高的，工作频率越高，极限频率也越高。例如，PW3类软磁铁氧体材料，工作频率为100kHz，极限频率为300kHz，性能因子B×f为10000mT×kHz，即在100mT（0.1T）和100kHz下，100℃时损耗a级≤300kW/m（300mW/cm3），b级≤150kW/m3（150mW/cm3）。
在某一段工作频率下，高频电源变压器的绕组损耗（铜损）与铁损相接近时，例如，铜损/铁损=100％～25％范围内，铜损也不能忽视，也应当考虑采取措施来减少铜损。由于原绕组和副绕组承担的功率相近，往往在设计中取原绕组的铜损等于副绕组的铜损，以便简化设计计算过程，不能只强调依温升来设计高频电源变压器，由于热阻不容易准确确定，设计计算相当麻烦。因此，为了简化计算，有时根据经验预先推荐一些原则和数据是必要的。同样，为了简化计算，对不同工作频率，不同功率的高频电源变压器推荐不同的绕组电流密度，也是必要的，但不限于某一个电流密度值，例如，2A/mm2～3A/mm2。应当看到：实现高频电源变压器设计要求的方法并不限于一种，应当进行多种多样的探索.
4、降低成本
降低成本是高频电源变压器的一个主要设计要求，有时甚至是决定性的要求。高频电源变压器作为一种产品，和其他商品一样，都面临着市场竞争。竞争的内容包括性能和成本两个方面，缺一不可。不注意降低成本，往往会在竞争中被淘汰。高频电源变压器的成本包括材料成本，制造成本和管理成本。设计是高频电源变压器降低成本的主要手段。高频电源变压器所用的材料和零部件的贵*和数量的多少？是否方便采购？是否要备有多少库存量？磁芯，线圈和总体结构的加工和装配工艺复杂还是简单？需要人工占的比例多大（实现生产过程的机械化和自动化，可以减少人工工时，更能保证产品的一致性和质量）？是否需要工模具？质量控制中需要检测的工序和参数：哪些参数要在加工过程中检测？哪些参数要在出厂试验中检测（出厂试验的参数应选择能决定性能的关键参数，数量不要多，以便能即时判断产品质量。）？哪些参数要在型式试验中检测？要用什么检测仪器和设备，价格如何？等等，都是由设计来决定的。因此，高频电源变压器的设计者除了要了解高频电源变压器的理论和设计方法而外，还要了解各种软磁材料和磁芯的性能和价格，各种电磁线的性能和价格，各种绝缘材料的性能和价格；还要了解磁芯加工热处理工艺，线圈绕制和绝缘处理工艺及变压器组装工艺；还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备；还要了解生产管理的基本知识以及高频电源变压器的市场动态等等。只有知识全面的设计者，才能设计出性能好，成本低的高频电源变压器产品。降低成本是促进高频电源变压器技术发展的一种推动力。为什么轻、薄、短、小成为高频电源变压器的发展方向？原因之一是这样既能降低材料成本，又能降低制造成本。提高工作频率，可以使高频电源变压器的重量和体积下降。但是，要克服高频带来的负面影响，必须采用新的软磁材料和导电材料并增加抑制高频电磁干扰的措施，因此，对具体使用条件下的高频电源变压器究竟选用多高的工作频率？要在综合考虑性能和总体成本后决定。提高效率，降低损耗发生的热量，可以减少高频电源变压器散热的表面积，从而使体积和重量下降。但是，降低损耗必须采用新材料和新工艺。因此，对具体使用条件下的高频电源变压器究竟达到多高的效率？也要在综合考虑性能和总体成本后决定。
高频电源变压器的设计程序
高频电源变压器的设计程序，包括磁芯材料，磁芯结构，磁芯参数，线圈参数，组装结构和温升校核等内容。下面分别进行讨论。
根据高频电源变压器的设计要求，选择软磁材料本来应当是设计程序的第一项。但是，现在一般都认为高频电源变压器应当选择软磁铁氧体，是自然而然的事情。许多有关高频电源变压器的论文，专著和教材，只针对软磁铁氧体进行讨论，而对其他软磁材料有时说明一下，有时只字不提。而且究竟选择哪一类软磁铁氧体，也不加以说明，好象大家都知道。和任何软磁磁芯材料一样，软磁铁氧体有自己的优缺点。软磁铁氧体的优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低，磁导率不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。因此，有些高频电源变压器并不适合选择软磁铁氧体。例如，工作频率比较低（50kHz以下），功率比较大的高频电源变压器，如果选择软磁铁氧体，由于工作磁通密度低，用材料多，磁芯体积大，加工困难，易碎，成品率不高，显不出价格便宜的优势。又例如，工作频率高（500kHz以上），功率比较小的高频电源变压器，磁芯重量和体积本来都小，如果选择软磁铁氧体，必须用PW4、PW5类材料，价格也不便宜，与其他软磁材料相比，磁芯价格基本相当，有时反而由于体积大，而处于不利地位。即使在适合于软磁铁氧体的工作频率范围内，也要对选择哪一类软磁铁氧体更能全面满足高频电源变压器的设计要求，进行认真考虑，才可以使设计出来的高频电源变压器达到比较理想的性能价格比。
高频电源变压器设计中选择磁芯结构时考虑的因素有：降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便等。漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯，特别是工作频率高的电源变压器，因为，有一点漏感，就容易产生比较大的漏阻抗。封闭磁芯的磁通基本上集中在磁芯里面，漏磁小。同时，不论外界干扰磁场从哪个方向侵入，都在磁芯中分为两个方向通过，产生的干扰互相抵消。但是，封闭磁芯绕线困难，且环形磁芯散热要通过线圈，而且内层引出线也要穿过线圈引出，故必须加强绝缘。不封闭磁芯绕线容易，磁芯散热面大，可直接散热，引出线也容易。装线圈的磁路部分为圆柱形截面，减少平均匝长，降低损耗。矮胖圆柱形磁芯的漏磁和漏感比瘦高圆柱形磁芯大，一个原因是胖，圆柱形大，漏磁辐射面大；另一个原因是矮，上下两磁轭距离近，容易形成漏磁通的路径。不封闭磁芯中的气隙大小和位置与漏磁和漏感有密切关系。在保证完成功能所需的气隙条件下，尽可能减少气隙尺寸。因为，气隙尺寸增大，不但增加漏磁和漏感，还减少等值磁导率，增加激磁功率，对高频电源变压器工作不利。另外，气隙的位置最好处于线圈的中间部位，可以起到减少气隙漏磁通的作用。窗口面积的大小与线圈发热损耗和散热面积有关。窗口面积大，绕的电磁线截面大，电阻小，损耗小，发热小。同时，线圈外形尺寸大，散热面积也大。一般在留足工艺需要的窗口面积以后，希望尽可能把窗口面积绕满。如果不能充分利用窗口面积，将会造成磁芯尺寸和变压器外形尺寸不必要的增大，有可能要增加材料成本。因此，在高频电源变压器磁芯结构设计中，对窗口面积的大小，要综合考虑各种因素后来决定。线圈和磁芯既然不是一个整体，必须分别用夹件固紧，才能保证各自的机械稳定性。同时，为了保证足够的绝缘距离，线圈两端和绕组之间都必须留有气隙，不可能用绕组填满整个窗口。为了防止高频电源变压器从里向外和从外向里的电磁干扰，有些磁芯结构在窗口外面有封闭和半封闭的外壳。封闭外壳屏蔽电磁干扰作用好，但散热和接线不方便，必须留有接线孔和出气孔。半封闭外壳，封闭的地方起屏蔽电磁干扰作用，不封闭的地方用于接线和散热。窗口完全开放，接线和散热方便，屏蔽电磁干扰作用差。
高频电源变压器磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。对变压器功率传送方式的磁通单方向变化工作模式，ΔB=Bm－Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要地是受损耗限制。但是单方向变化的高频电源变压器工作时，沿局部磁滞回线来回变化，磁芯损耗比双方向变化沿大的磁滞回线来回变化小，只有它的30％～40％。而材料测试时是按正弦波双向激磁条件下变化的ΔB为2Bm进行的。因此，Bm可以取材料测试损耗值时，选取的B值高一倍以上。Br受材料磁滞回线上的Br限制，可以用开气隙的办法来降低Br，以增大磁通密度变化值ΔB。虽然开气隙后，激磁电流有所增加，但增大ΔB后可以减少磁芯体积，还是值得的。对变压器功率传送方式磁通双方向变化工作模式，ΔB=2Bm，工作的磁滞回线包围的面积比局部回线大得多，损耗也大得多，Bm主要受损耗限制，在双方向变化工作模式中，还要注意由于各种原因造成激磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯磁路中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容，或者采用电流型控制来解决。对电感器功率传送方式，磁导率是有气隙后的等值磁导率，一般都比磁化曲线测出的磁导率小。可以在确定磁芯结构后，直接测试它边线圈参数高频电源变压器设计的线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，绕组排列和绝缘安排。原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感（储存能量）来决定，匝数不能过多，也不能过少。如果匝数过多，会增加漏感和绕线工时；如果匝数过少，在外加激磁电压比较高时，有可能使匝间电压降和层间电压降增大，而必须加强绝缘。副绕组匝数由输出电压决定。高频电源变压器主要用于高频开关电源。开关电源可以对输出电压进行调整，调整上限受允许的开关占空比限制。在从要求的负载电压计算变压器输出电压时，应考虑开关占空比，串联二极管压降和变压器的内阻抗压降。导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。绕组损耗（铜损）占总损耗比例比较大时，推荐电流密度取2～4A/mm2，铜损占总损耗比例比较小时，推荐电流密度取8～12A/mm2，但是，要经过变压器温升校核后进行必要的调整。还要注意的是导线截面（直径）的大小还与漏感有关。在同样匝数下，导线截面直径增加，内层排列的匝数减少，层数增加。而漏磁场分布*近磁芯的内层大，外层小，与磁芯距离平方成反比例地衰减。这样，漏磁通大的内层交链的匝数减少从而使漏感下降。
1）如果原绕组电压高（例如220V），副绕组电压低，可以采用副绕组*近磁芯，接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排；
2）如果要增加原和副绕组之间耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的绕组排列形式，这样有利于减少漏感。
绝缘安排首先要注意使用的电磁线和绝缘件的绝缘材料等级，要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。等级低，满足不了耐热要求，等级过高，会增加不必要的材料成本。其次，对在圆柱形磁路上绕线的线圈，最好采用线圈骨架，既可以保证绝缘，又可以简化绕线工艺。还有，线圈最外层和最里层，高压和低压绕组之间都要加强绝缘。如果一般绝缘只垫一层绝缘薄膜，加强绝缘应垫2～3层绝缘薄膜。
高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组装结构，上下表面比较大，有利于散热或者附加散热器，高度低，有利于安装在印刷电路板上。组装结构中采用的夹件和接线端子等尽量采用标准件，以便于外协加工，降低成本。
温升校核可以通过计算和样品测试来进行。一般通过样品试验进行温升核算的比较多一些。如果样品试验温升不超过允许温升，可以通过。但是试验温升低于允许温升15℃以上，要对绕组的电流密度和导线截面进行调整，适当增加电流密度和减少导线截面。如果样品试验温升超过允许温升，则要对绕组的电流密度和导线截面进行调整，适当减少电流密度和增加导线截面。如果增加导线截面，窗口绕不下，要增加磁芯尺寸。如果样品试验磁芯温升超过允许温升，则要增加磁芯的散热面积，加大磁芯。
高频电源变压器随着工作频率的提高，设计不断发生变化，不断出现新的软磁材料，新的磁芯结构，新的导线材料和绝缘材料，新的线圈结构和组装结构等等，不断出现新的设计方法。　　高频电源变压器设计也有目标，设计的目标是实现设计原则，在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。
高频电源变压器的设计方法也不只一种。不管采用哪一种设计方法，只要能实现设计原则，则该种设计方法就不能说是概念错误的。
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