近几年科学技术越来越发达，电子领域发展迅速，高频开关电源变压器逐渐走入人们的视野，受到越来越广泛的应用。通过磁芯参数和线圈参数两方面分析高频开关电源变压器的设计要求，然后针对设计要求提出高频开关电源变压器的优化设计方法即简化求解和数值模拟，适应时代的发展和变化。
标签：高频开关电源；变压器；设计要求；方法
开关电源（Switch Mode Power Supply）有很多优点如：效率高、体积小等，这些优点使得其在电子领域受到广泛的好评和关注并且越来越多的被应用。随着对SMPS功率密度的研究不断提升，高变换频率成为了必然发展趋势，在高频、同等工作磁通密度下的变压器的体积变小，甚至可能比理论上的小很多，磁性材料的磁芯损耗也会下降很多。功率损耗是高频变压器设计的主要限制因素，因此当功率一定时，选取尽可能小的磁芯和绕组参数，以便控制整个变压器由损耗所引起的温升在设计范围内。
1 高频开关电源变压器的设计要求
1.1 磁芯参数
在高频电源变压器磁芯参数设计的过程中，工作磁通密度一方面受磁化曲线的约束，一方面受损耗的制约，同时与功率传送的工作方式密切相关。如变压器功率传送方式——磁通双向变化工作模式，工作局部回线包围的面积要比磁带回线包围的面积小很多，而损耗却大很多，主要限制因素是损耗，在这个过程需要特殊注意的是直流偏磁问题，造成原因是激磁的正负变化的面积不相等。为了控制或者解决这个问题，可以在磁芯磁路中加一个小气隙或者加入隔直流电容或者采用电流型在电路设计的过程中。
1.2 线圈参数
高频开关电源变压器设计的线圈参数的主要组成有五部分即：匝数、导线截面（直径）、导线形式、绕组排列、绝缘安排。根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感（储存能量）来决定原绕组匝数的多少，如果原绕组匝数过多，漏感和绕线工时会增加；如果原绕组匝数过少，可能增大匝间电压降和层间电压降，尤其是处在外加激磁电压比较高这种情况下，还必须的进行绝缘的强化，增加副绕组匝数来缓解这种情况，总之，原绕组匝数的量一定控制合理，不能太少或者太多。
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2 高频开关电源变压器的优化设计方法
在给定边界条件下求解其控制方程的问题是总结归纳了许多工程电磁场资料而得出的，但是目前只有方程性质比较简单，几何边界相当规则的少数问题能够用解析的方法求出精确解，其他的都无法用解析精确得出。大多数的工程技术问题都是非线性的，他们的研究对象的几何形状都相当复杂，特征也无规律可循，对于这些问题解析法根本无从下手。那么如何解决这类问题，一般有两种思路：一是简化方程和边界条件使之变为简单容易处理的问题，从而得出其简化后的问题的解；另一种是通过利用计算机的强大计算能力，使用数值模拟方法，从而得出满足工程要求的数值解。前者的限制较大，只有少数情况可行，因为过多的简化得出的结果可能偏离实际值的误差很大甚至是荒谬的；后者的优点很多，但是也有很多的不足需要不断改进。目前高频开关电源变压器的设计所涉及的大部分是非线性的变量，当前主要存在两类高频开关电源变压器设计方法一类是简化求解：一类是数值模拟。
2.1 简化求解
与低频变压器相比，高频开关电源变压器的设计要复杂的多，在低频设计中不需要考虑诸
阈值法池州学院学报编辑部如趋肤效应、邻近效应、畴壁共振等许多因素，但是这些因素在高频中却是相当重要的。我们在谈论高频开关电源变压器设计中经常遇到各种问题，常见的如：趋肤深度问题，我们把导线中流过高频交流电流的、并且电流将向导线表面集中的致使导线表面电流密度增大的这种效应成为趋肤效应；而趋肤深度是指在趋肤效应的基础上，交变电流沿导线表面向导线中心衰减，当衰减到表面电流强度要求时所达到的径向深度。趋肤深度受三个因素的影响即电流的频率、导线的磁导率及电导率斌并且之间存在精确的数学公式。
2.2 数值模拟
骗纸数值模拟方法有很多，目前常见的方法有四种：有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，但是用的最多的是有限元法，因为这种方法的计算结果精确，现在已经被各类工业产品设计和性能分析当成了可靠的依据，当前国际上通用的有限元法的种类繁多复杂，但是常见的不外乎以下几种：SAP、ANSYS、ANSOFT、NASTRAN、ADINA、ALGOR—FEM，
其中最常用到的变压器分析软件是ANSYS、ANSOFF、NASTRAN软件。利用有限元软件可以有效地分析变压器许多性质，诸如：电感、电容、涡流、磁通密度、电流密度、电磁漫威关闭电视部门
场分布、能量损耗、温升等。有限元法的分析步骤包括三步，第一步前处理；第二步求解计算；第三步后处理。选择分析模块、定义单元类型和材料特性、建立实体模型、对模型进行网格划分、施加载荷和边界条件等这是第一步的主要工作内容分；选择求解类型并设置求解选项这是第二步的主要工作内容；读取求解结果，对求解结果进行图形、列表显示等这是最后一步的主要工作内容。分析变压器的电磁场，主要分析维谐性和维瞬态，维谐性适用于服从一定交变规律（如正弦、余弦）情况的激励源；维瞬态适用于无规则变化情况的激励源。针对变压器温升的现象，除了利用有限元软件的耦合场来分析，还需要为软件相应的变压器的热导率、比热、对流换热系数、焓、辐射系数、生热率等。从目前我国计算机的发展现状来看，设计高频开关电源变压器的数值模拟方法主要分为定性分析（一般磁性材料及器件采用二维分析，目的不是用来具体量值，而是比较不同情况下，某一变量的变化情况，以便得出一些指导性的设计原则）和定量分析（重视具体量值，通过数值模拟方法得到高频开关电源变压器中某些不易计算的精确值，并且与实验值进行比较，最终实现一定程度替代实验的终极目的）。
3 结束语
高频开关电源变压器的设计不仅需要了解高频电源变压器的理论和设计方法，而且需要在此基础上详细了解各种软磁材料和磁芯的性能价格、磁芯加工热处理工艺，线圈绕制和绝缘处理工艺及变压器组装工艺以及质量控制的检测参数和仪器设备等。高频开关电源变压器的设计是一个实践性很强的课题，实践是检验真理的唯一标准，不论是简化求解还是数值模拟，只有不断地实践才能使设计趋近完美。自我保健
【参考文献】
[1] 时坤.开关电源变压器的优化设计及应用[D].湖南大学，2013.
[2] 张朋朋.大功率高频开关电源变压器的优化设计[D].西南交通大学，2009.
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