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高频变压器计算（高频电子变压器基础知识详解）

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

很多朋友想了解关于电子变压器的一些资料信息，下面是小编整理的与电子变压器相关的内容分享给大家，一起来看看吧。很多朋友想了解关于变压器的一些资料信息，下面是小编整理的与变压器相关的内容分享给大家，一起来看看吧。

高频变压器的计算(高频电子变压器基础知识详解)

高频电子变压器是工作频率很高的电子变压器，一般高于20kHz。

准确的定义是高工作频率的电子变压器。一般工作频率高于20kHz，为高频。

高频变压器的定义很明确，但是被国内一些专家发表的一些观点误导了。为了还高频电子变压器本来面目，有必要澄清变压器、电子变压器、高频电子变压器的概念，以消除那些误解。

首先搞清楚什么是变压器？利用电磁感应原理工作的变压器，是指施加在线圈初级绕组上的交流电压，在次级绕组中产生交变磁通并感应出输出电压，从而起到能量传输、电压变化(或信号)和电气绝缘的作用。

要产生电磁感应，必须在初级绕组上施加交流电压，不可能有DC电压的变压器作为工作电源。以DC电压作为工作电源的说法是对DC转交流逆变器或变频电源包含在变压器范围内的误解。

只要有电磁感应，变压器就可以不用磁芯工作。比如MHz频率的电子变压器，就是印刷电路板制作的空芯变压器。高频电子变压器是“有变频的电路中使用的磁变压器”这种说法，属于把变频电路纳入变压器范围和变压器必须有磁芯的双重误解。

变压器的工作频率无论高低，都是通过电磁感应来传递能量的。传输的能量与变压器的材质、结构、尺寸、工作频率有关。如果传输的能量为定值，工作频率高，一定时间内传输能量的次数多，每次传输的能量可以小，那么变压器使用的材料少，结构尺寸小。变压器传输能量有限，要用高频来增加传输能量，这是一种误解。利用脉宽调制(PWM)来改变变压器的传输能量和电压只是一种外部控制方法，不仅可以用于高频变压器，也可以用于低频变压器。高频变压器和低频变压器经过PWM控制后，能量传递和电压变化的方式存在差异，这也是一种误解。

其次，搞清楚什么是电子变压器？电子变压器是用于电子电路和电子设备的变压器。如果把范围扩大到包括电子电路和电子设备中使用的变压器、电感、变压器等所有电磁元件。电子不仅限于电力电子(国内比较通用的说法是电力电子)，还包括工业电子、信息电子、无线电子、微电子。虽然电子变压器不同于电源变压器，但它们与射频信号变压器没有区别，也不局限于“开关电源转换器电路中的电源变压器”。电力变压器只是电子变压器的一种。如果只把电子变压器当做成功的变压器，必然会被拉得很牢。所以把电子限定为电力电子，把电子变压器限定为电力变压器，是一种误解。

还是那句话，搞清楚什么是高频电子变压器？现在有一种普遍的说法，电子变压器的工作频率分高、中、低，即50Hz或60Hz的工作频率称为工频，低于此频率的称为低频；60Hz到20kHz叫中频，400Hz是中频，不是工频；20kHz以上称为高频。为什么选择20kHz作为极限？因为20kHz是音频的上限，超过这个上限就听不到可闻的噪音了。所以工作频率超过20kHz，从20kHz到MHz、GHz都是高频。对“应用频率范围从te

中高频又可分为高频(20kHz~50kHz)、中高频(50kHz~200kHz)、高频(200kHz~1MHz)和超高频(1MHz以上)，但都属于高频，并没有因为适用功率不同而对高频有不同的理解。认为不同功率下有不同的高频范围是一种误解。

整体结构

为了适应日益轻薄短小的电子设备，高频电子变压器的主要发展方向之一是从三维结构向平面结构、芯片结构、薄膜结构发展，从而形成一代又一代的新型高频电子变压器：平面变压器、芯片变压器、薄膜变压器。高频电子变压器整体结构的发展，不仅形成了新的磁芯结构和线圈结构，而且采用了新的材料，这也带来了设计和生产技术新的发展方向。在设计方面，除了要研究各种新型结构的电磁场分布，如何达到最佳优化设计外，还要研究多层结构的各种问题。在生产工艺上，要研究各种新的加工方法，保证性能的一致性，实现加工工艺的机械化和自动化。

在MHz级高频电子变压器中，空心变压器的应用越来越多。探讨空心变压器的结构、设计方法、制造工艺和应用特点也是研发方向。此外，压电变压器等新工作原理的高频电子变压器的研究也是发展方向。经过近十年的研究和发展，压电变压器已经在一些领域得到应用。

利用计算机优化设计整体结构方案是各种电子器件的主要发展方向之一，当然也是高频电子变压器的一个主要发展方向。这样可以缩短设计时间，减少材料消耗，缩短生产周期，降低成本。

磁芯的材料和结构

磁芯是高频电子变压器中最关键的部件，它由软磁材料制成，根据电磁感应原理工作。磁芯材料的主要发展方向是降低损耗、拓宽温度范围和降低成本。磁芯结构的主要发展方向是如何形成最佳形状和尺寸(电磁性能、散热、用量、成本等参数)的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。

现在各种软磁材料都在不断改进和发展，争夺高频电子变压器的市场。

软磁铁氧体是目前高频电子变压器使用的主要磁芯材料，发展方向是开发性能更好的新品种和新工艺以降低成本。在新的材料品种方面

，日本TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料PC95，在25℃～120℃温度范围内损耗都小于350mW/cm3（在100kHz×200mT条件下）。在80℃时损耗最小，为280mW/cm3。25℃时Bs为540mT，100℃时，Bs为420mT。还开发出高温高饱和磁密材料PE33，居里点Tc>290℃，在100℃下，Bs为450mT。在100℃，100kHz×200mT条件下，Pc≤1100mW/cm3，日本FDK公司，德国EPCOS公司、Ferrocube公司也开发出类似的高温高饱和磁密材料。

高磁导率材料也有许多新品种，如TDK公司的脉冲变压器用H5C5，μi为30000左右。抗电磁干扰电感器用HS10，同时具有良好的频率特性和阻抗特性，在500kHz仍具有较高磁导率，虽然初始磁导率不高，只有10000左右。高磁导率高饱和磁密材料DN50，在25℃时Bs为550mT，在100℃时Bs为380mT，μi为5200左右，居里温度Tc≥210℃。

在新工艺方面，自蔓延高温合成法（SHS）是近年来的研究热点，其原理是利用反应物内部的化学能来合成材料。整个工艺极为简单，能耗低，生产效率与产品纯度高，对环境无污染，已经成功合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn铁氧体，正在实现产业化。火花等离子烧结法（SPS），可以成功地制成多层MnZn铁氧体和坡莫合金复合软磁材料磁芯，同时具有MnZn铁氧体的高频低损耗特性和坡莫合金的高磁导率高饱和磁密特性，这种复合软磁材料磁芯，将使高频电子变压器的性能明显地提高。其他工艺如自燃烧合成法、快速燃烧合成法、水热合成法、新型水热合成法、机械合金法、微波烧结等，近年来均开展了大量研究，都符合提高性能和降低成本的发展方向。

由于软磁铁氧体的饱和磁密低，在20kHz～100kHz的较高频范围内，性能价格比的优势不如100kHz以上的高频范围那样明显，其他几种软磁材料在20kHz～100kHz的较高频范围内，与软磁铁氧体展开激烈的竞争。各种软磁材料都有各自的特点，因此，如何在具体的高频电子变压器产品中，充分发挥各种软磁材料的优点以达到更好的性能价格比，是高频电子变压器所用的软磁材料的发展方向。

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