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展，電源系統的小型化、高頻化和高功率比已經成為一個永恒的研究方向和發展趨勢。因此，研究更高頻率的干式變壓器是減小電力系統體積、提高電源輸出功率比的關鍵因素。根據超微晶合金優異的電磁性能，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：半橋開關電源轉換器原理見圖1。

工作頻率f: 30khz

逆變器輸入電壓Ui:DC300V

轉換器U0:DC2100V的輸出電壓

轉換器的輸出電流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，傳統的薄帶硅鋼和鐵氧體材料在頻率和使用環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。

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、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。與環形鐵芯相比，這種結構的鐵芯線圈繞制方便，分布參數影響小，鐵芯窗口利用率高，散熱好，系統絕緣可靠，但電磁兼容性差。

1來源：南京電子科技學院