高频变压器简介

一路上

1、什么是高频变压器？

高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分，高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。

按工作频率高低，高频变压器可分为几个档次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、10MHz以上。 传送功率比较大的情况下，功率器件一般采用 IGBT（绝缘栅极双极性晶体管），由于IGBT存在关断电流拖尾现象，所以工作频率比较低; 传送功率比较小的， 采用MOSFET（半导体场效电晶体），工作频率就比较高。

2、高频变压器工作原理

高频变压器是利用电磁感应原理，进行变换交流电压、电流和阻抗的器件，其中主要构件包含初级线圈、次级线圈、铁芯。

当初级线圈中通有交流电流时， 铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通， 使次级线圈感应出电压（或电流），在电源中作为升压、降压、隔离使用。

【线圈数和输出电压的关系图】：

3、变压器的符号 ：

4、高频变压器的优点 ：

搭配直流升降压技术应用的高频变压器，一般切换频率至少都大于10KHz以上，而切换频率的最大值则受限于开关功率元件的耐热能力（BJT，MOSFET，IGBT）及铁芯材质之铁损大小，换句话说一切受限于材料所能忍受的温度，这类用于电源供应器里的变压器，其铁芯材质均改以铁氧体功率材料为主，一般通称为「高频变压器」。
在用电量越高，输电距离越长的情况下，交流电力系统远胜出直流系统。

交流电力系统一般来说不是50Hz就是60Hz，只要是设计给50Hz/60Hz这种电源频率使用的变压器，就通称为'低频变压器'，一般都是配合电力系统在使用，也称之为电力变压器，其铁芯材质均以硅钢片为主。
频率由开关组件每秒的切换次数决定，故也称之为切换频率 fs，变压器输入电压相同时，提高切换频率可以降低圈数N、与缩小铁芯尺寸，而决定传输多少功率就已经决定导线线径，所以通常拉高切换频率都是为了降低圈数或降低铁芯体积，因此高频变压器的体积会远小于低频变压器的体积。

5、高频变压器设计原理

• 漏感，在高频变压器设计时，变压器的漏感是由于初级线圈和次级线圈之间，之间磁通没有完全耦合而造成的，线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈，因此产生漏磁的电感称为漏感; 设计者，绕窗越宽，圈数越小，堆叠的层数越少，漏感就越减小，或是将初级与次级相互堆叠做抵销来降低漏感的产生，这种方式称三明治绕法。

• 分布电容，变压器绕组线匝之间， 在同一绕组的上、下层间，或不同绕组之间， 绕组与屏蔽层之间形成的电容称为分布电容; 设计者，通常会将初级绕组放在最里层， 这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短， 也有效地减小了初级绕组自身的分布电容，但三明治绕法会将寄生电容增大，效率降低，因此这也是设计者需要考量的。

• 因为开关电源中高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。 在传输的瞬变过程中， 漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压， 在顶部振盪， 造成损耗增加，这是为何在设计上会需要低漏感的主因，相反的，也有设计者利用漏感做侦测，因为不同的设计者，会有不同的需求与设计方式。

• 绝缘层胶带，在初级绕组与次级绕组之间通常会需要加绕（2-3）层绝缘胶带， 这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量， 也增大了初级和次级之间的绝缘强度， 确保绝缘耐压的要求。 同常在1000V AC 胶带为1-2层，3000V AC 胶带会为2-3层。

• 屏蔽工艺，是为了能更有效的解决变压器的干扰问题，在绕组间或是铁芯的最外层加入导电铜箔，但一定要注意，绕组间使用的导电铜箔还接地，会增加热阻的产生，一般导电铜箔会在铁芯或线包最外层做接地。 或可以在铁芯的最外层加上绝缘胶带，来增加屏蔽的效果。

• 绝缘与耐压，在高频变压器的设计上是关键。 当耐压条件严苛的状况，或线架设计安全距离不够时，可以提高材料的耐压规格，或使用挡墙、胶带、套管、含浸等工艺，来增加初级与次级间的耐压或安全距离，或使用套管来确保镀锡时或与线包间的安全距离以是常用的方式。