栾松 张海峰(辽宁 大连 大连电子研究所 116021)
摘要：主要分析了高频高压变压器的等效电路和研制难点，提出了设计方案。
关键词：开关器件 微晶体
在国外，70年代开始，日本的一些公司开始采用开关电源技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压，从而减小变压器体积和重量。进入80年代，高压开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kH:以上。使变压器系统的体积进一步减小。近十年来，随着电力电子技术的进步和开关器件的发展，高压开关电源技术不断发展。突出的表现是频率在不断提高，如德国的霍夫曼公司高压发生器频率高达40kHz。另外，高压开关电源的功率也在不断地提高，30kW的大功率高压开关电源在产品上己很成熟，更高功率的高压开关电源也有很快的发展。
可以看出，高压开关电源的发展的主要趋势是:
①频率不断提高，
②功率不断增加。
我国自90年代初开始对高频化的高压大功率开关电源技术进行研究，静电除尘高压直流电源也实现了高频化，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压，在电阻负载条件下，输出直流电压达到72kV，电流达到0.8A，工作频率为20kHz。因此，高频高压变压器研制是高压开关电源重点。 一、高频高压变压器的等效电路
图1（a）
图1（b）
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图1（c）
图1高频高压变压器的等效电路
图1(a)为变压器等效电感模型，励磁电感Lm很大，并且与原边绕组并联，因此可以忽略副边的漏感L2折合到原边值，L2和原边的漏感Ll的和为变压器的等效漏感Ls。图1(b)为变压器分布电容的等效模型，Clg为原边匝间及对地电容;C2g为副边匝间及对地电容;C2为副边各层间电容;C12原副边间电容。在各分布电容中，C2g较其它分布电容都小，可以忽略;Clg C12和C2的电容值大约为10-100pF，而C2折合到原边后则比Clg和C12大得多，因此Clg和C12可以忽略，在各分布电容中C2起着主导作用，将其折合到原边，可以得到变压器的等效电路模型图1(c)，它由等效漏感Ls，等效电容Cp和理想变压器组成。
二、高频高压变压器研制的难点
高频高压变压器的设计是研制高压开关电源最困难的问题之一。高频高压变压器的体积通常只有工频变压器的几分之一，使得漏感、分布电容、绝缘及磁芯的选取都变得更加复杂，几乎不到现成完整的技术资料。 1、绕组的漏感：
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例如变比100变压器工作在40kHz，原边等效电感为10微亨，折合到副边为0. 1享利，副边的漏抗为45千欧，如果设计不好，功率的输出将受到很大的限制。此外线路中漏感的存在将引起关断时的浪涌电压，关断浪涌电压是在关断瞬间时流过IGBT的电流切断时而产生的瞬态电压，此电压会造成开关管的过电压损坏。
2、绕组的分布电容:
水电安装开槽机还以上述的变压器为例，高压边等效分布电容为1OOpF，折合到原边的电容量是luF，工作频率为50Hz时，容抗为3. 2千欧。若频率为40kHz，则原边容抗为4欧姆。工作在500伏时，空载电流很大，功率因数很低，逆变器空载发热的问题突出。分布电容所引起的空载
电流为I= U2πfCN2，式中f为开关频率，C为分布电容，U为电压，N为变比，该式表明，空载电流的大小与f, C和N成正比。表1给出了在U=500V, f=20kHz时空载电流值与变比及分布电容的关系。
由表可见，随变比的升高，分布电容也会相应增加，使空载电流迅速增大。因此变压器变比不宜太高，同时在设计时应充分考虑空载电流所带来的影响。
3、绝缘问题:
包括高压边对原边的绝缘、高压边对铁心的绝缘、高压边端部的绝缘。提高绝缘一个困难在于高频变压器的体积较小，绝缘距离受到限制；另一个困难在于提高绝缘强度和降低漏感是一对矛盾，提高绝缘强度要求高压边对原边及对铁心的距离越远越好;而降低漏感则要求高压边对原边及对铁心的距离越近越好。
兔子全自动设备4、磁芯材料的选择:
芯片怎么烧录程序 高频情况下磁芯的涡流损耗成为主要问题，因此选择合适的磁芯材料是设计的关键。我们变压器磁芯采用微晶体磁性材，高压变压器用微晶体磁性材应满足以下要。
1）具有较高的饱和磁通密度BS和较低的剩余磁通密度BR，磁通密度BS的高低，对于变压器和绕制结果有一定影响。从理论上讲，BS高，变压器的绕组匝数可以减小，铜损也随之减小
2）在高频下具有较低的功率损耗
微晶体的功率损耗，不仅影响电源输出效率，同时会导致磁芯发热，波形畸变等不良后果。变压器的发热问题，在实际应用中极为普遍，它主要是由变压器的铜损和磁芯损耗引
起的。如果在设计变压器时，BM(工作磁通密度)选择过低，绕组匝数过多，就会导致绕组发热，并同时向磁芯传输热量，使磁芯发热。反之，若磁芯发热为主体，也会导致绕组发热。
选择微晶体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为，假如磁芯损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁芯损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。因此国内外在研制功率磁芯材料时，必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题，这也是高频电源用磁性材料的一个显著特点，
3）较高的居里温度
居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度，一般材料的居里温度在200℃以上，但是变压器的实际工作温度不应高于800C，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度BS己跌至常温时的7 0%，因此过高的工作温度会使磁芯的饱和磁通密度严重跌落。再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。
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