CN106991256A - 一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法 - Google Patents

一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高频变压器阻抗设计技术领域，具体地来讲为一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法。包括：设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效电路：设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效计算电路：根据设置的高频变压器的等效电路与高频变压器的等效计算电路计算变压器阻抗与励磁电流。采用本发明的设计方法，设计的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器，经过验证，非常适合于对于后非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器，通过试验验证设计的线圈阻抗等参数准确，经验证没有出现功耗加大和磁通饱和，变压器高温烧毁或破坏场效应开关管的问题。

Description

一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法
技术领域
本发明高频变压器阻抗设计技术领域，具体地来讲为一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法。
背景技术
伴随电源科学的发展，越来越多的高频电源正逐步取代工频电源，高频电源具有体积小、效率高、节省能源、造价低等诸多优点得到了长足的发展。
高频电源中的高频变压器是电源中一个关键部件，该变压器的磁芯通常有3种类型：一是铁氧体磁芯；二是非米晶磁芯；三是纳米晶磁芯。其中铁氧体磁芯在变压器设计计算时现有的设计计算方法比较适用，设计的线圈阻抗、线圈圈数等参数比较准确。
但是，对于后两种磁芯，由于其磁芯为分层粘合结构，同时磁芯属于导体，导致铁芯分层的初级潜布电容、次级潜布电容和初、次级潜布电容数值较大，折算到变压器初级侧导致感抗与容抗相减，使输入阻抗减小，励磁电流加大，轻则功耗加大和磁通饱和，重则使变压器高温烧毁或破坏场效应开关管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，线圈阻抗等参数设计准确，解决现有的高频变压器阻抗设计方法造成的功耗加大和磁通饱和，重则使变压器高温烧毁或破坏场效应开关管的问题。
本发明是这样实现的，一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，该方法包括：
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效电路：
高频变压器的初级侧与输入交流高频电压源V1串联有初级漏磁电感L11后并联一初级分布电容C1，在高频变压器的初级侧并联初级励磁电感Lm，在高频变压器的次级侧串联一次级短路从初级检测电感L12后并联次级分布电容C2，次级分布电容C2并联次级负载电阻Rf，在负载电阻Rf与初级分布电容C1之间连接初、次级分布电容；
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效计算电路：
输入交流高频电压源V1并联折算负载电阻Rz后串联折算电感L1，再与折算分布电容Cs并联后输出次级输出电压V2；
根据设置的高频变压器的等效电路与高频变压器的等效计算电路计算变压器阻抗与励磁电流。
进一步地，按照以下的公式计算折算分布电容Cs、折算电感L1、以及折算负载电阻Rz，Cs＝C1+(1-n)*C12+n*n*C2+n*(n+1)*C12 (1)；
Ls＝L11+L12/n*n (2)；
L1＝Ls+Lm (3)；
Rz＝n*n*Rf (4)
其中n表示高频变压器的变比。
进一步地，高频变压器的总励磁电流I为：I＝(I1*I1+I2*I2)^0.5，其中，I1＝V1/Rz，为折算负载电阻Rz支路的电流，I2＝V1/((2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs))，为折算电感L1、折算分布电容Cs支路的电流，其中f为工作频率。
进一步地，高频变压器的感抗Rl＝2*π*f*L1，其中f为工作频率。
进一步地，高频变压器的容抗Rc＝1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率。
进一步地，电感与电容串联阻抗为Rlc＝2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：采用本发明的设计方法，设计的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器，经过验证，非常适合于对于后非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器，通过试验验证设计的线圈阻抗等参数准确，经验证没有出现功耗加大和磁通饱和，变压器高温烧毁或破坏场效应开关管的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效电路图；
图2为本发明实施例提供的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效计算电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1结合图2所示，一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，该方法包括：
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效电路：
参见图1，高频变压器的初级侧与输入交流高频电压源V1串联有初级漏磁电感L11后并联一初级分布电容C1，在高频变压器的初级侧并联初级励磁电感Lm，在高频变压器的次级侧串联一次级短路从初级检测电感L12后并联次级分布电容C2，次级分布电容C2并联次级负载电阻Rf，在负载电阻Rf与初级分布电容C1之间连接初、次级分布电容；
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效计算电路：
参见图2，输入交流高频电压源V1并联折算负载电阻Rz后串联折算电感L1，再与折算分布电容Cs并联后输出次级输出电压V2；
根据设置的高频变压器的等效电路与高频变压器的等效计算电路计算变压器阻抗与励磁电流。V1表示变压器输入高频电压单位为伏特；V2表示变压器输出高频电压单位为伏特；n为变压器变比n＝V1/V2，无量纲；C1为变压器初级潜布电容，单位为法拉；Lm为变压器初级线圈电感，单位为亨利；L11为变压器初级漏磁电感，单位为亨利；L12为变压器次级电感，单位为亨利；C2为变压器次级潜布电容，单位为法拉；C12为变压器初、次级潜布电容，单位为法拉；Rf为次级负载电阻，单位为欧姆。Cs为折算到变压器初级的各种潜布电容之和单位为法拉；L1为折算到变压器初级的各种电感之和，单位为亨利；Rz为折算到变压器初级的负载电阻和各种其它电阻之和，单位为欧姆。
按照以下的公式计算折算分布电容Cs、折算电感L1、以及折算负载电阻Rz，Cs＝C1+(1-n)*C12+n*n*C2+n*(n+1)*C12 (1)；
Ls＝L11+L12/n*n (2)；
L1＝Ls+Lm (3)；
Rz＝n*n*Rf (4)
其中n表示高频变压器的变比。
高频变压器的总励磁电流I为：I＝(I1*I1+I2*I2)^0.5，其中，I1＝V1/Rz，为折算负载电阻Rz支路的电流，I2＝V1/((2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs))，为折算电感L1、折算分布电容Cs支路的电流，其中f为工作频率，其中电流的单位为安培。
高频变压器的感抗Rl＝2*π*f*L1，其中f为工作频率，感抗的单位为欧姆。
高频变压器的容抗Rc＝1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率，容抗的单位为欧姆。
电感与电容串联阻抗为Rlc＝2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，该方法包括：
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效电路：
高频变压器的初级侧与输入交流高频电压源V1串联有初级漏磁电感L11后并联一初级分布电容C1，在高频变压器的初级侧并联初级励磁电感Lm，在高频变压器的次级侧串联一次级短路从初级检测电感L12后并联次级分布电容C2，次级分布电容C2并联次级负载电阻Rf，在负载电阻Rf与初级分布电容C1之间连接初、次级分布电容；
设置非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器的等效计算电路：
输入交流高频电压源V1并联折算负载电阻Rz后串联折算电感L1，再与折算分布电容Cs并联后输出次级输出电压V2；
根据设置的高频变压器的等效电路与高频变压器的等效计算电路计算变压器阻抗与励磁电流。
2.按照权利要求1所述的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，按照以下的公式计算折算分布电容Cs、折算电感L1、以及折算负载电阻Rz，Cs＝C1+(1-n)*C12+n*n*C2+n*(n+1)*C12 (1)；
Ls＝L11+L12/n*n (2)；
L1＝Ls+Lm (3)；
Rz＝n*n*Rf (4)
其中n表示高频变压器的变比。
3.按照权利要求2所述的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，高频变压器的总励磁电流I为：I＝(I1*I1+I2*I2)^0.5，其中，I1＝V1/Rz，为折算负载电阻Rz支路的电流，I2＝V1/((2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs))，为折算电感L1、折算分布电容Cs支路的电流，其中f为工作频率。
4.按照权利要求2所述的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，高频变压器的感抗Rl＝2*π*f*L1，其中f为工作频率。
5.按照权利要求2所述的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，高频变压器的容抗Rc＝1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率。
6.按照权利要求2所述的非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法，其特征在于，电感与电容串联阻抗为Rlc＝2*π*f*L1-1/(2*π*f*Cs)，其中f为工作频率。
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