高頻變壓器升溫?看看是不是這些原因

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2017-12-14
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摘要 : 高頻變壓器中的溫升問題是變壓器設計中最難駕馭的問題之一。從溫度控制原理可知,溫升與功率成正比。而在變壓器中,影響溫升的主要因素則是磁芯損耗和繞組損耗。

1.高頻變壓器升溫的原因


(1)磁芯損耗和繞組損耗

高頻變壓器中的溫升問題是變壓器設計中最難駕馭的問題之一。從溫度控制原理可知,溫升與功率成正比。而在變壓器中,影響溫升的主要因素則是磁芯損耗和繞組損耗。

磁芯損耗和繞組損耗是相對獨立的,磁芯損耗與磁芯的體積、磁通密度以及頻率有關,而繞組損耗則與繞組電流和阻抗有關。

變壓器的設計必須對其工作點進行優化,盲目的套用各種公式進行設計是得不償失的,往往造成變換效率的下降,尤其是在高頻領域。


(2)導熱性能

對溫升產生影響的另一個因素是導熱性能。如果散熱器足夠大,溫升將保持在一定的水平。

散熱面積越大,變壓器的厚度越小,變壓器的導熱性能也越好。如果能夠將熱負載均勻分布在一較大的空間內,同時增加并聯通道,熱性能將得到很大的提升。

熱負載分散后,所需散熱器的體積也會相應下降。材料的熱特性對溫升的影響也非常顯著,例如鐵氧體和塑料絕緣材料的導熱性分別僅為銅的百分之一和千分之一。


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2.抑制溫升的措施

抑制變壓器溫升首先要考慮如何降低損耗,但這是一個比較棘手的問題。

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(1)抑制繞組損耗

在高頻變壓器中必須要考慮交流阻抗的影響,與直流或低頻情況下不同,在高頻條件下,繞組中將存在趨膚效應和臨近效應,因此線徑越粗,其交流阻抗也越大。

這時最好采用扁平繞組,但是繞組必須要與磁通方向平行,而且層數也不能太多,否則將引起渦流損耗。注意,扁平繞組一定要遠離氣隙,否則將受到邊緣磁通的影響。

臨近效應對多層扁平繞組的影響非常顯著,造成的損耗將是正常水平下損耗的近百倍。在這種情況下,采用Litz線的作用也不大。因為Litz線繞制起來比較困難,而且繞組因數很低。如果使用不當,將會導致損耗的顯著上升。

變壓器外部的繞組不但會增加寄生阻抗和損耗,而且還產生EMI。因此盡量將繞組安排在磁芯內部。

 

(2)抑制磁芯損耗

磁芯損耗往往通過查表得出。注意,損耗隨著磁通密度增加而迅速上升。雖然理論上可以通過降低磁通密度的方法來降低損耗,但這是與使變壓器保持高效率相矛盾的。

在磁通給定的條件下,降低損耗的唯一方法只能是增大磁芯有效截面積,但這將增大磁芯的體積。由于體積增大,磁芯的厚度也相應增加,磁芯的熱阻將增大,最終會造成磁芯溫度的上升。

 

與低頻變壓器一樣,高頻變壓器中飽和磁通密度也是影響磁芯體積的決定性因素。變壓器的最優設計應當具有最大的工作磁通密度、最小的磁芯體積和最大的磁芯有效截面積,并且工作效率最高,漏感最小、損耗和溫升最低。



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