30kHz高频开关电源干式变压器的设计

在高频干式变压器的传统设计中，由于铁芯材料的限制，其工作频率一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化、高频化和高功率比已经成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究更高频率的干式变压器是减小电力系统体积、提高电源输出功率比的关键因素。根据超微晶合金优异的电磁性能，通过实例介绍了30kHz超微晶高频开关电源干式变压器的设计。

1.干式变压器的性能指标

电路形式：半桥开关电源转换器原理见图1。

工作频率f: 30khz

逆变器输入电压Ui:DC300V

转换器U0:DC2100V的输出电压

转换器的输出电流Io:0.08A

整流电路：桥式整流器

占空比d: 1% ~ 90%

输出效率:80%

耐受电压：直流12kV

温升：50

工作环境阈值为：-55 ~ 85

2.干式变压器铁心的选择和工作点的确定

从干式变压器的性能要求可以看出，传统的薄带硅钢和铁氧体材料在频率和使用环境上很难满足干式变压器的设计要求。磁芯的材料只考虑坡莫合金、钴基非晶合金和超微晶合金。而坡莫合金和钴基非晶合金价格较高，约为超微晶合金的几倍，而饱和磁感应强度Bs约为超微晶合金的2/3，加工工艺复杂。因此，对比三种材料的性能(表1)，选择饱和磁感应强度Bs高、温度稳定性好、价格低廉、加工方便的超微晶合金，有利于干式变压器技术指标的实现。

表1(1)钴基非晶合金和超微晶合金主要磁性能的比较

铁芯工作点的选择往往从铁芯材料、工作状态、工作频率、输出功率、绝缘和耐压等因素考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs约为1.2T t，在双极开关电源干式变压器的设计中，铁芯的较大工作磁感应强度Bm一般可达0.6 ~ 0.7 t，经过特殊处理的铁芯的Bm可达0.9T.本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境等原因，较大工作磁感应强度Bm设定为0.6T，而铁芯结构为无缺口的矩形铁芯。与环形铁芯相比，这种结构的铁芯线圈绕制方便，分布参数影响小，铁芯窗口利用率高，散热好，系统绝缘可靠，但电磁兼容性差。

1来源：南京电子科技学院