一、高頻變壓器簡(jiǎn)介
高頻變壓器是工作頻率超過(guò)中頻（10kHz）的電源變壓器，主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源中作高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器，也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源變壓器的。按工作頻率高低，可分為幾個(gè)檔次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、10MHz以上。
高頻變壓器是作為開(kāi)關(guān)電源最主要的組成部分。開(kāi)關(guān)電源中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多。比如半橋式功率轉(zhuǎn)換電路，工作時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)三極管輪流導(dǎo)通來(lái)產(chǎn)生100kHz的高頻脈沖波，然后通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行變壓，輸出交流電，高頻變壓器各個(gè)繞組線圈的匝數(shù)比例則決定了輸出電壓的多少。典型的半橋式變壓電路中最為顯眼的是三只高頻變壓器：主變壓器、驅(qū)動(dòng)變壓器和輔助變壓器（待機(jī)變壓器），每種變壓器在國(guó)家規(guī)定中都有各自的衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如主變壓器，只要是200W以上的電源，其磁芯直徑（高度）就不得小于35mm。而輔助變壓器，在電源功率不超過(guò)300W時(shí)其磁芯直徑達(dá)到16mm就夠了。
二、高頻變壓器工作原理
高頻變壓器是作為開(kāi)關(guān)電源最主要的組成部分。開(kāi)關(guān)電源一般采用半橋式功率轉(zhuǎn)換電路，工作時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)三極管輪流導(dǎo)通來(lái)產(chǎn)生100kHz的高頻脈沖波，然后通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行降壓，輸出低電壓的交流電，高頻變壓器各個(gè)繞組線圈的匝數(shù)比例則決定了輸出電壓的多少。
高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因還有磁芯之間的吸力和繞組導(dǎo)線之間的斥力。這些力的變化頻率與高頻電源變壓器的工作頻率一致。因此，工作頻率為100khz左右的高 頻電源變壓器，沒(méi)有特殊原因是不會(huì)產(chǎn)生20khz以下音頻噪聲的。
三、高頻變壓器設(shè)計(jì)原理
在高頻變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，變壓器的漏感和分布電容必須減至最小，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器傳輸?shù)氖歉哳l脈沖方波信號(hào)。在傳輸?shù)乃沧冞^(guò)程中，漏感和分布電容會(huì)引起浪涌電流和尖峰電壓，以及頂部振蕩，造成損耗增加。通常變壓器的漏感，控制為初級(jí)電感量的1%～3%。
初級(jí)線圈的漏感----變壓器的漏感是由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間，層與層之間，匝與匝之間磁通沒(méi)有完全耦合而造成的。
分布電容----變壓器繞組線匝之間，同一繞組的上、下層之間，不同繞組之間，繞組與屏蔽層之間形成的電容稱為分布電容。
初級(jí)繞組----初級(jí)繞組應(yīng)放在最里層，這樣可使變壓器初級(jí)繞組每一匝用線長(zhǎng)度最短，從而使整個(gè)繞組的用線為最少，這有效地減小了初級(jí)繞組自身的分布電容。
次級(jí)繞組----初級(jí)繞組繞完，要加繞（3～5）層絕緣墊襯再繞制次級(jí)繞組。這樣可減小初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間分布電容的電容量，也增大了初級(jí)和次級(jí)之間的絕緣強(qiáng)度，符合絕緣耐壓的要求。
偏壓繞組----偏壓繞組繞在初級(jí)和次級(jí)之間，還是繞在最外層，和開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整是根據(jù)次級(jí)電壓還是初級(jí)電壓進(jìn)行有關(guān)。
四、高頻變壓器線徑計(jì)算
高頻變壓器線徑的確定根據(jù)公式D=1.13（I/J）^1/2可以計(jì)算出來(lái)，J是電流密度，不同的取值計(jì)算出的線徑不同。由于高頻電流在導(dǎo)體中會(huì)有趨膚效應(yīng)，所以在確定線經(jīng)時(shí)還要計(jì)算不同頻率時(shí)導(dǎo)體的穿透深度。
穿透深度公式：d=66.1/（f）^1/2
如果計(jì)算出的線徑D大于兩倍的穿透深度，就需要采用多股線或利茲線。
例如：1A電流，頻率100K.假設(shè)電流密度取4A/mm^2
D=1.13*（1/4）^1/2=0.565mm Sc=0.25mm^
d=66.1/（f）^1/2=66.1/（100000）^1/2=0.209mm
2d=0.418mm
采用0.4mm的線，單根0.4的截面積Sc=0.1256mm^2。2根0.4的截面積Sc=0.1256*2=0.2512mm^2
可以看出采用2*0.4的方案可以滿足計(jì)算的要求。
五、高頻變壓器匝數(shù)計(jì)算
1、電磁學(xué)計(jì)算公式推導(dǎo)：
1）磁通量與磁通密度相關(guān)公式：
Ф = B * S ⑴
B = H * μ ⑵
H = I*N / l ⑶
2）電感中反感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流以及磁通之間相關(guān)關(guān)系式：
EL =⊿Ф / ⊿t * N ⑷
EL = ⊿i / ⊿t * L ⑸
由上面兩個(gè)公式可以推出下面的公式：⊿Ф / ⊿t * N = ⊿i / ⊿t * L 變形可得：N = ⊿i * L/⊿Ф
再由Ф = B * S 可得下式：N = ⊿i * L / （ B * S ） ⑹
且由⑸式直接變形可得：⊿i = EL * ⊿t / L ⑺
聯(lián)合⑴⑵⑶⑷同時(shí)可以推出如下算式：L =（μ* S ）/ l * N2 ⑻
這說(shuō)明在磁芯一定的情況下電感量與匝數(shù)的平方成正比（影響電感量的因素）
3）電感中能量與電流的關(guān)系：QL = 1/2 * I2 * L ⑼
4）根據(jù)能量守恒定律及影響電感量的因素和聯(lián)合⑺⑻⑼式可以得出初次級(jí)匝數(shù)比與占空比的關(guān)系式：
N1/N2 = （E1*D）/（E2*（1-D）） ⑽
2、根據(jù)上面公式計(jì)算變壓器參數(shù)：
1） 高頻變壓器輸入輸出要求：
輸入直流電壓：200--- 340 V
輸出直流電壓：23.5V
輸出電流：2.5A * 2
輸出總功率：117.5W
2）確定初次級(jí)匝數(shù)比
次級(jí)整流管選用VRRM =100V正向電流（10A）的肖特基二極管兩個(gè)，若初次級(jí)匝數(shù)比大則功率所承受的反壓高匝數(shù)比小則功率 管反低，這樣就有下式：
N1/N2 = VIN（max） / （VRRM * k / 2） ⑾ 這里安全系數(shù)取0.9
由此可得匝數(shù)比N1/N2 = 340/（100*0.9/2） ≌ 7.6
3）計(jì)算功率場(chǎng)效應(yīng)管的最高反峰電壓：
Vmax = Vin（max） + （Vo+Vd）/ N2/ N1 ⑿
Vmax = 340+（23.5+0.89）/（1/7.6）
由此可計(jì)算功率管承受的最大電壓： Vmax ≌ 525.36（V）
4）計(jì)算PWM占空比
由⑽式變形可得：
D = （N1/N2）*E2/（E1+（N1 /N2*E2）
D=（N1/N2）*（Vo+Vd）/Vin（min）+N1/N2*（Vo+Vd） ⒀
D=7.6*（23.5+0.89）/200+7.6*（23.5+0.89）
由些可計(jì)算得到占空比D≌ 0.481
5）算變壓器初級(jí)電感量：
為計(jì)算方便假定變壓器初級(jí)電流為鋸齒波，也就是電流變化量等于電流的峰值，也就是理想的認(rèn)為輸出管在導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量在截止期間全部消耗完。那么計(jì)算初級(jí)電感量就可以只以PWM的一個(gè)周期來(lái)分析，這時(shí)可由⑼式可以有如下推導(dǎo)過(guò)程：
?。≒/η）/ f = 1/2 * I2 * L ⒁
?。≒/η）/ f = 1/2 * （EL * ⊿t / L）2 * L ⒂
⊿t = D / f （D ----- PWM占空比）
將此算式代入⒂式變形可得：
L = E2 * D2 *η/ （ 2 * f * P ） ⒃
這里取效率為85%， PWM開(kāi)關(guān)頻率為60KHz.
在輸入電壓最小的電感量為：
L=2002* 0.4812 * 0.85 / 2 * 60000 * 117.5
計(jì)算初級(jí)電感量為： L1 ≌ 558（uH）
計(jì)算初級(jí)峰值電流：由⑺式可得：
⊿i = EL * ⊿t / L = 200 * （0.481/60000 ）/ （558*10-6）
計(jì)算初級(jí)電流的峰值為： Ipp ≌ 2.87（A）
初級(jí)平均電流為：I1 = Ipp/2/（1/D） = 0.690235（A）
6）計(jì)算初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)：
磁芯選擇為EE-42（截面積1.76mm2）磁通密度為防治飽和取值為2500高斯也即0.25特斯拉， 這樣由⑹式可得
初級(jí)電感的匝數(shù)為： N1= ⊿i * L / （ B * S ） = 2.87 * （0.558*10-3）/0.25*（1.76*10-4）
計(jì)算初級(jí)電感匝數(shù)： N1 ≌ 36 （匝）
同時(shí)可計(jì)算次級(jí)匝數(shù)：N2 ≌ 5 （匝）
7）計(jì)算次級(jí)線圈的峰值電流：
根據(jù)能量守恒定律當(dāng)初級(jí)電感在功率管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量在截止時(shí)在次級(jí)線圈上全部釋放可以有下式：
由⑻⑼式可以得到：
Ipp2=N1/N2* Ipp ⒄
Ipp2 = 7.6*2.87
由此可計(jì)算次級(jí)峰值電流為：Ipp2 = 21.812（A）
次級(jí)平均值電流為I2=Ipp2/2/（1/（1-D））= 5.7（A）
8）計(jì)算激勵(lì)繞組（也叫輔助繞組）的匝數(shù)：
因?yàn)榇渭?jí)輸出電壓為23.5V，激勵(lì)繞組電壓取12V，所以為次級(jí)電壓的一半 由此可計(jì)算激勵(lì)繞組匝數(shù)為： N3 ≌ N2 / 2 ≌ 3 （匝），激勵(lì)繞組的電流取： I3 = 0.1（A）