30kHz高頻開關電源干式變壓器的設計

在高頻干式變壓器的傳統(tǒng)設計中，由于鐵芯材料的限制，其工作頻率一般在20kHz左右。隨著電源技術的不斷發(fā)展，電源系統(tǒng)的小型化、高頻化和高功率比已經(jīng)成為一個永恒的研究方向和發(fā)展趨勢。因此，研究更高頻率的干式變壓器是減小電力系統(tǒng)體積、提高電源輸出功率比的關鍵因素。根據(jù)超微晶合金優(yōu)異的電磁性能，通過實例介紹了30kHz超微晶高頻開關電源干式變壓器的設計。

1.干式變壓器的性能指標

電路形式：半橋開關電源轉(zhuǎn)換器原理見圖1。

工作頻率f: 30khz

逆變器輸入電壓Ui:DC300V

轉(zhuǎn)換器U0:DC2100V的輸出電壓

轉(zhuǎn)換器的輸出電流Io:0.08A

整流電路：橋式整流器

占空比d: 1% ~ 90%

輸出效率:80%

耐受電壓：直流12kV

溫升：50

工作環(huán)境閾值為：-55 ~ 85

2.干式變壓器鐵心的選擇和工作點的確定

從干式變壓器的性能要求可以看出，傳統(tǒng)的薄帶硅鋼和鐵氧體材料在頻率和使用環(huán)境上很難滿足干式變壓器的設計要求。磁芯的材料只考慮坡莫合金、鈷基非晶合金和超微晶合金。而坡莫合金和鈷基非晶合金價格較高，約為超微晶合金的幾倍，而飽和磁感應強度Bs約為超微晶合金的2/3，加工工藝復雜。因此，對比三種材料的性能(表1)，選擇飽和磁感應強度Bs高、溫度穩(wěn)定性好、價格低廉、加工方便的超微晶合金，有利于干式變壓器技術指標的實現(xiàn)。

表1(1)鈷基非晶合金和超微晶合金主要磁性能的比較

鐵芯工作點的選擇往往從鐵芯材料、工作狀態(tài)、工作頻率、輸出功率、絕緣和耐壓等因素考慮。超微晶合金的飽和磁感應強度Bs約為1.2T t，在雙極開關電源干式變壓器的設計中，鐵芯的較大工作磁感應強度Bm一般可達0.6 ~ 0.7 t，經(jīng)過特殊處理的鐵芯的Bm可達0.9T.本設計中，由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環(huán)境等原因，較大工作磁感應強度Bm設定為0.6T，而鐵芯結構為無缺口的矩形鐵芯。與環(huán)形鐵芯相比，這種結構的鐵芯線圈繞制方便，分布參數(shù)影響小，鐵芯窗口利用率高，散熱好，系統(tǒng)絕緣可靠，但電磁兼容性差。

1來源：南京電子科技學院