煙臺啟揚電子科技有限責(zé)任公司 -- 專業(yè)從事變壓器領(lǐng)域產(chǎn)品
News Center
新聞資訊
高頻變壓器的基本知識與工作原理
發(fā)布時間：
2025-02-13
高頻變壓器，作為開關(guān)電源的核心組件，是一種工作頻率超過中頻（即10kHz）的電源變壓器。它主要應(yīng)用于高頻開關(guān)電源中，扮演著高頻開關(guān)電源變壓器的角色，同時也可用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機，作為高頻逆變電源變壓器。
高頻變壓器的定義與作用
高頻變壓器，作為開關(guān)電源的核心組件，是一種工作頻率超過中頻（即10kHz）的電源變壓器。它主要應(yīng)用于高頻開關(guān)電源中，扮演著高頻開關(guān)電源變壓器的角色，同時也可用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機，作為高頻逆變電源變壓器。
根據(jù)工作頻率的不同，高頻變壓器可分為多個檔次，包括10kHz-50kHz、50kHz-100kHz、100kHz500kHz、500kHz1MHz以及10MHz以上。在傳送功率較大的情況下，通常采用IGBT（絕緣柵極雙極性晶體管）作為功率器件，但因其存在關(guān)斷電流拖尾現(xiàn)象，所以工作頻率相對較低；而在傳送功率較小的情況下，則多選用MOSFET（半導(dǎo)體場效電晶體），其工作頻率則較高。
高頻變壓器的工作原理
高頻變壓器利用電磁感應(yīng)原理進行交流電壓、電流和阻抗的變換。其關(guān)鍵構(gòu)件包括初級線圈、次級線圈和鐵芯，通過這些組件的相互作用，實現(xiàn)電能的高效傳輸與轉(zhuǎn)換。
當(dāng)初級線圈中通入交流電流時，鐵芯（或磁芯）內(nèi)會產(chǎn)生交流磁通，進而在次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。這一過程在電源中發(fā)揮著升壓、降壓以及隔離的重要作用。
變壓器的符號表示：
高頻變壓器的優(yōu)勢：
1體積小、重量輕
由于高頻變壓器的工作頻率較高，其磁芯尺寸和繞組數(shù)量都可以大大減少，從而實現(xiàn)體積小、重量輕的優(yōu)勢。這一特點使得高頻變壓器在節(jié)省空間和降低成本方面具有顯著優(yōu)勢。
2效率高
高頻變壓器采用先進的制造工藝和材料，使得其轉(zhuǎn)換效率遠高于傳統(tǒng)變壓器。在能源轉(zhuǎn)換和傳輸過程中，能量損失更少，進一步提升了整體系統(tǒng)的效率。
3響應(yīng)速度快
由于高頻變壓器的工作頻率遠高于傳統(tǒng)變壓器，因此其響應(yīng)速度也更快。在需要快速切換和調(diào)節(jié)的場合，如開關(guān)電源、逆變器等，高頻變壓器的優(yōu)勢更為明顯。
綜上所述，高頻變壓器在體積、重量、效率和響應(yīng)速度等方面都表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，使得其在現(xiàn)代電子設(shè)備中占據(jù)重要地位。
搭配直流升降壓技術(shù)應(yīng)用的高頻變壓器，其切換頻率通常高于10KHz，且上限受限于開關(guān)功率元件（如BJT、MOSFET、IGBT）的耐熱能力及鐵芯材質(zhì)的鐵損。這類用于電源供應(yīng)器的變壓器，其鐵芯多采用鐵氧體功率材料，被稱為“高頻變壓器”。
相比之下，交流電力系統(tǒng)在用電量高、輸電距離長的情況下表現(xiàn)更優(yōu)。此類系統(tǒng)通常采用50Hz或60Hz的電源頻率，相應(yīng)的變壓器被稱為“低頻變壓器”，常用于電力系統(tǒng)，也稱為電力變壓器，其鐵芯材質(zhì)以硅鋼片為主。
頻率由開關(guān)組件每秒切換次數(shù)決定，即切換頻率fs。在變壓器輸入電壓相同的情況下，提高切換頻率可以減少線圈圈數(shù)和鐵芯尺寸。同時，傳輸功率也決定了導(dǎo)線線徑的選擇。因此，提高切換頻率旨在降低線圈圈數(shù)或鐵芯體積，使得高頻變壓器的體積遠小于低頻變壓器。
接下來，我們將深入探討高頻變壓器的設(shè)計原理。其中，漏感和分布電容是關(guān)鍵概念。漏感源于初級線圈和次級線圈之間磁通的不完全耦合，設(shè)計時可以通過增加繞窗寬度、減少圈數(shù)或采用三明治繞法來降低。而分布電容則存在于變壓器繞組線匝之間、不同繞組之間以及繞組與屏蔽層之間，設(shè)計者通常將初級繞組置于最里層以減小其自身的分布電容，但需權(quán)衡三明治繞法可能帶來的寄生電容增大和效率降低的問題。
•由于高頻變壓器在開關(guān)電源中傳輸?shù)氖歉哳l脈沖方波信號，因此在傳輸過程中會產(chǎn)生漏感和分布電容，這會導(dǎo)致浪涌電流和尖峰電壓的出現(xiàn)，進而增加損耗。為了減小這種損耗，設(shè)計者需要關(guān)注低漏感的設(shè)計，但也有一些設(shè)計者會利用漏感進行偵測，以滿足特定的設(shè)計需求。
•在初級繞組與次級繞組之間加入絕緣層膠帶是減小分布電容和提高絕緣強度的重要措施。根據(jù)不同的耐壓要求，絕緣層膠帶的層數(shù)會有所不同，例如在1000V AC下通常為1-2層，而在3000V AC下則為2-3層。
•屏蔽工藝被廣泛應(yīng)用于解決變壓器的干擾問題。通過在繞組間或鐵芯最外層加入導(dǎo)電銅箔，可以有效地減少電磁干擾。但需要注意的是，繞組間使用的導(dǎo)電銅箔接地可能會增加熱阻，因此一般會在鐵芯或線包最外層進行接地處理。此外，還可以在鐵芯最外層加裝絕緣膠帶來增強屏蔽效果。
•絕緣與耐壓是高頻變壓器設(shè)計中的核心問題。在耐壓條件嚴(yán)苛或線架設(shè)計安全距離不足時，可以通過提高材料耐壓規(guī)格、使用擋墻、膠帶、套管等工藝來增加初級與次級間的耐壓或安全距離。同時，套管也被廣泛應(yīng)用于確保鍍錫時或與線包間的安全距離。
相關(guān)新聞
聯(lián)系信息
微信咨詢