磁珠在開(kāi)關(guān)電源EMC

磁珠在開(kāi)關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

電磁兼容問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)制造中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中的電磁兼容問(wèn)題十分復(fù)雜，絕不是依靠理論知識(shí)就能夠解決的，它更依賴于廣大電子工程師的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。為了更好地解決電子產(chǎn)品的電磁兼容性這一問(wèn)題，主要要考慮接地、）電路與PCB板設(shè)計(jì)、電纜設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

本文通過(guò)介紹磁珠的基本原理和特性來(lái)說(shuō)明它在開(kāi)關(guān)電源電磁兼容方面的重要性，以求為開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)提供更多、更好的選擇。

1鐵氧體電磁干擾抑制元件

鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門(mén)用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大。對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率μ可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí)，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。

在低頻段，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，低頻時(shí)R很小，磁芯的磁導(dǎo)率較高，因此電感量較大，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；并且這時(shí)磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高Q特性的電感，這種電感容易造成諧振因此在低頻段，有時(shí)可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強(qiáng)的現(xiàn)象。

在高頻段，阻抗由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率升高，磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號(hào)通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。

鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

2磁珠的原理和特性

當(dāng)電流流過(guò)其中心孔中的導(dǎo)線時(shí)，便會(huì)是磁珠內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)的磁道。用于EMI控制的鐵氧體配制時(shí)，應(yīng)當(dāng)可以把大部分磁通作為材料中的熱散掉。這個(gè)現(xiàn)象可以由一個(gè)電感器和一個(gè)電阻器的串聯(lián)組合來(lái)模擬。如圖2所示

兩個(gè)元件的數(shù)值大小與磁珠的長(zhǎng)度成正比，而且磁珠的長(zhǎng)度對(duì)抑制效果有明顯影響，磁珠長(zhǎng)度越長(zhǎng)抑制效果越好。由于信號(hào)能量呈磁耦合加到磁珠上，故電感器的電抗與電阻的大小隨頻率的升高而增大。磁耦合的效率取決于磁珠材料相對(duì)于空氣的導(dǎo)磁率。通常組成磁珠的鐵氧體材料的損耗可以通過(guò)其相對(duì)于空氣的導(dǎo)磁率，表示成一個(gè)復(fù)數(shù)量。

磁性材料常常用由此比值表征出損耗角。用于EMI抑制元件要求較大的損耗角，這意味著大部分干擾都將被耗散而不被反射。目前出現(xiàn)的各種各樣的可用鐵氧體材料，為設(shè)計(jì)人員將磁珠用于不同場(chǎng)合提供了很大的選擇余地。

3磁珠的應(yīng)用

3.1尖峰抑制器

開(kāi)關(guān)電源最大的缺點(diǎn)就是容易產(chǎn)生噪聲和干擾，這是長(zhǎng)期困擾開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源的噪聲主要是由開(kāi)關(guān)功率管和開(kāi)關(guān)整流二級(jí)管快速變化的高壓切換和脈沖短路電流所引起。因此采用有效元件把它們限制到最小程度是抑制噪聲的主要方法之一。通常采用非線性飽和電感來(lái)抑制反向恢復(fù)電流尖峰，此時(shí)鐵芯的工作狀態(tài)是從-Bs到+Bs。根據(jù)在開(kāi)關(guān)電源續(xù)流二極管上的高磁導(dǎo)率與可飽和性的超小型電感元件—磁珠特性的一致性，開(kāi)發(fā)出用來(lái)抑制開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的峰值電流的尖峰抑制器。

尖峰抑制器的性能特點(diǎn)：

（1）初始和最大電感值很高，飽和后殘余電感值非線性極不明顯。串聯(lián)接入回路后，電流升高瞬間顯示出高阻抗，可以作為所謂的瞬間阻抗元件使用。

（2）適用于防止半導(dǎo)體回路中瞬態(tài)電流峰值信號(hào)、沖擊激勵(lì)電路和由此而伴生的噪聲，還可以防止半導(dǎo)體損壞。

（3）剩余電感極小，電路穩(wěn)定時(shí)損耗很小。

（4）與鐵氧體制品的性能絕然不同。

（5）只要避免磁飽和，可作為超小型、高電感的電感元件使用。

（6）可以作為低損耗的高性能可飽和鐵芯用于控制和產(chǎn)生振蕩。

尖峰抑制器要求鐵芯材料具有較高的磁導(dǎo)率，以得到較大的電感量；高矩形比可使鐵芯飽和時(shí)，電感量應(yīng)迅速下降到零；矯頑力小、高頻損耗低,否則鐵芯放熱不能正常工作。

尖峰抑制器用途主要表現(xiàn)在減小電流尖峰信號(hào)；降低由于電流峰值信號(hào)引起的噪聲；防止開(kāi)關(guān)晶體管的損壞；減低開(kāi)關(guān)晶體管的開(kāi)關(guān)損耗；補(bǔ)償二極管的恢復(fù)特性；防止高頻脈沖電流沖擊激勵(lì)。作為超小型的線路濾波器使用等方面。3.2在濾波器中的應(yīng)用

a)不加磁珠測(cè)試結(jié)果

b)加磁珠測(cè)試結(jié)果

c)L線加磁珠測(cè)試結(jié)果

d)N線加磁珠測(cè)試結(jié)果

普通濾波器是由無(wú)損耗的電抗元件構(gòu)成的，它在線路中的作用是將阻帶頻率反射回信號(hào)源，所以這類濾波器又叫反射濾波器。當(dāng)反射濾波器與信號(hào)源阻抗不匹配時(shí)，就會(huì)有一部分能量被反射回信號(hào)源，造成干擾電平的增強(qiáng)。為解決這一弊病，可在濾波器的進(jìn)線上使用鐵氧體磁環(huán)或磁珠套，利用滋環(huán)或磁珠對(duì)高頻信號(hào)的渦流損耗，把高頻成分轉(zhuǎn)化為熱損耗。因此磁環(huán)和磁珠實(shí)際上對(duì)高頻成分起吸收作用，所以有時(shí)也稱之為吸收濾波器。

不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時(shí)，長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問(wèn)題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。

基于以上磁珠原理和特性，應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源的濾波器中，收效明顯。從測(cè)試結(jié)果便可看到應(yīng)用磁珠的明顯不同。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看到，由于開(kāi)關(guān)電源電路、結(jié)構(gòu)布局、功率的影響，有時(shí)對(duì)差模干擾有很好的抑制作用，有時(shí)對(duì)共模干擾有很好的抑制作用，有時(shí)對(duì)干擾起不到抑制作用反而會(huì)增加噪聲干擾。

EMI吸收磁環(huán)/磁珠抑制差模干擾時(shí)，通過(guò)它的電流值正比于其體積，兩者失調(diào)造成飽和，降低了元件性能；抑制共模干擾時(shí)，將電源的兩根線（正負(fù)）同時(shí)穿過(guò)一個(gè)磁環(huán)，有效信號(hào)為差模信號(hào)，EMI吸收磁環(huán)/磁珠對(duì)其沒(méi)有任何影響，而對(duì)于共模信號(hào)則會(huì)表現(xiàn)出較大的電感量。磁環(huán)的使用中還有一個(gè)較好的方法是讓穿過(guò)的磁環(huán)的導(dǎo)線反復(fù)繞幾下，以增加電感量。可以根據(jù)它對(duì)電磁干擾的抑制原理，合理使用它的抑制作用。

鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對(duì)于輸入／輸出電路，應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。對(duì)鐵氧體磁環(huán)和磁珠構(gòu)成的吸收濾波器，除了應(yīng)選用高磁導(dǎo)率的有耗材料外，還要注意它的應(yīng)用場(chǎng)合。它們?cè)诰€路中對(duì)高頻成分所呈現(xiàn)的電阻大約是十至幾百Ω，因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯，相反，在低阻抗電路（如功率分配、電源或射頻電路）中使用將非常有效。

4結(jié)束語(yǔ)

由于鐵氧體可以衰減較高頻同時(shí)讓較低頻幾乎無(wú)阻礙地通過(guò)，故在EMI控制中得到了廣泛地應(yīng)用。用于EMI吸收的磁環(huán)/磁珠可制成各種的形狀，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。如在PCB板上，可加在DC/DC模塊、數(shù)據(jù)線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號(hào)，但卻不會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生新的零極點(diǎn)，不會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它與電源濾波器配合使用，可很好的補(bǔ)充濾波器高頻端性能的不足，改善系統(tǒng)中濾波特性。廣大開(kāi)關(guān)電源專業(yè)研究人員，應(yīng)充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，把磁環(huán)、磁珠等鐵氧體材料靈活應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)中去，使其在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用，以提高產(chǎn)品的電磁兼容性，并且減小體積、降低成本。安全距離包括電氣間隙（空間距離），爬電距離（沿面距離）和絕緣穿透距離

1、電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿空氣測(cè)量的最短距離。

2、爬電距離：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿絕絕緣表面測(cè)量的最短距離。

電氣間隙的決定：

根據(jù)測(cè)量的工作電壓及絕緣等級(jí)，即可決定距離

一次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求，見(jiàn)表3及表4

二次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求見(jiàn)表5

但通常：一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm，L.N

PE（大地）≥2.5mm，保險(xiǎn)絲裝置之后可不做要求，但盡可能保持一定距離以避免發(fā)生短路損壞電源。

一次側(cè)交流對(duì)直流部分≥2.0mm

一次側(cè)直流地對(duì)大地≥2.5mm

（一次側(cè)浮接地對(duì)大地）

一次側(cè)部分對(duì)二次側(cè)部分≥4.0mm，跨接于一二次側(cè)之間之元器件

二次側(cè)部分之電隙間隙≥0.5mm即可

二次側(cè)地對(duì)大地≥1.0mm即可

附注：決定是否符合要求前，內(nèi)部零件應(yīng)先施于10N力，外殼施以30N力，以減少其距離，

使確認(rèn)為最糟情況下，空間距離仍符合規(guī)定。

爬電距離的決定：

根據(jù)工作電壓及絕緣等級(jí)，查表6可決定其爬電距離

但通常：（1）、一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm，L.N

大地≥2.5mm，保險(xiǎn)絲之后可不做要求，但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。2）、一次側(cè)交流對(duì)直流部分≥2.0mm（3）、一次側(cè)直流地對(duì)地≥4.0mm如一次側(cè)地對(duì)大地

4）、一次側(cè)對(duì)二次側(cè)≥6.4mm，如光耦、Y電容等元器零件腳間距≤6.4mm要開(kāi)

槽。5）、二次側(cè)部分之間≥0.5mm即可（6）、二次側(cè)地對(duì)大地≥2.0mm以上

（7）、變壓器兩級(jí)間≥8.0mm以上

3、絕緣穿透距離：

應(yīng)根據(jù)工作電壓和絕緣應(yīng)用場(chǎng)合符合下列規(guī)定：

——對(duì)工作電壓不超過(guò)50V（71V交流峰值或直流值），無(wú)厚度要求；

——附加絕緣最小厚度應(yīng)為0.4mm；

——當(dāng)加強(qiáng)絕緣不承受在正常溫度下可能會(huì)導(dǎo)致該絕緣材料變形或性能降低的任何機(jī)械應(yīng)力時(shí)的，則該加強(qiáng)絕緣的最小厚度應(yīng)為0.4mm。

如果所提供的絕緣是用在設(shè)備保護(hù)外殼內(nèi)，而且在操作人員維護(hù)時(shí)不會(huì)受到磕碰或擦傷，并且屬于如下任一種情況，則上述要求不適用于不論其厚度如何的薄層絕緣材料；

——對(duì)附加絕緣，至少使用兩層材料，其中的每一層材料能通過(guò)對(duì)附加絕緣的抗電強(qiáng)度試

驗(yàn)；或者：——由三層材料構(gòu)成的附加絕緣，其中任意兩層材料的組合都能通過(guò)附加絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；或者：——對(duì)加強(qiáng)絕緣，至少使用兩層材料，其中的每一層材料能通過(guò)對(duì)加強(qiáng)絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；或者：——由三層絕緣材料構(gòu)成的加強(qiáng)絕緣，其中任意兩層材料的組合都能通過(guò)加強(qiáng)絕緣的抗電

強(qiáng)度試驗(yàn)。

4、有關(guān)于布線工藝注意點(diǎn)：

如電容等平貼元件，必須平貼，不用點(diǎn)膠如兩導(dǎo)體在施以10N力可使距離縮短，小于安規(guī)距離要求時(shí)，可點(diǎn)膠固定此零件，保證其電氣間隙。

有的外殼設(shè)備內(nèi)鋪PVC膠片時(shí)，應(yīng)注意保證安規(guī)距離（注意加工工藝）零件點(diǎn)膠固定注意不可使PCB板上有膠絲等異物。

在加工零件時(shí)，應(yīng)不引起絕緣破壞。

5、有關(guān)于防燃材料要求：

熱縮套管

V—1或VTM—2以上；PVC套管V—1或VTM—2以上

鐵氟龍?zhí)坠?/p>

V—1或VTM—2以上；塑膠材質(zhì)如硅膠片，絕緣膠帶V—1或VTM—2以上

PCB板

94V—1以上

6、有關(guān)于絕緣等級(jí)

（1）、工作絕緣：設(shè)備正常工作所需的絕緣

（2）、基本絕緣：對(duì)防電擊提供基本保護(hù)的絕緣

（3）、附加絕緣：除基本絕緣以外另施加的獨(dú)立絕緣，用以保護(hù)在基本絕緣一旦失效時(shí)仍能防止電擊

（4）、雙重絕緣：由基本絕緣加上附加絕緣構(gòu)成的絕緣

（5）、加強(qiáng)絕緣：一種單一的絕緣結(jié)構(gòu)，在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，其所提供的防電擊的保護(hù)等級(jí)相當(dāng)于雙重絕緣

各種絕緣的適用情形如下：

A、操作絕緣oprationalinsulation

a、介于兩不同電壓之零件間

b、介于ELV電路（或SELV電路）及接地的導(dǎo)電零件間。

B、基本絕緣basicinsulation

a、介于具危險(xiǎn)電壓零件及接地的導(dǎo)電零件之間；

b、介于具危險(xiǎn)電壓及依賴接地的SELV電路之間；

c、介于一次側(cè)的電源導(dǎo)體及接地屏蔽物或主電源變壓器的鐵心之間；

d、做為雙重絕緣的一部分。

C、補(bǔ)充絕緣

supplementaryinsulation

a、一般而言，介于可觸及的導(dǎo)體零件及在基本絕緣損壞后有可能帶有危險(xiǎn)電壓的零件之間如：

Ⅰ、介于把手、旋鈕，提柄或類似物的外表及其未接地的軸心之間。

Ⅱ、介于第二類設(shè)備的金屬外殼與穿過(guò)此外殼的電源線外皮之間。

Ⅲ、介于ELV電路及未接地的金屬外殼之間。

b、做為雙重絕緣的一部分

D、雙重絕緣

Doubleinsulation

Reinforcedinsulation

一般而言，介于一次側(cè)電路及

a、可觸及的未接地導(dǎo)電零件之間，或

b、浮接（floating）的SELV的電路之間或

c、TNV電路之間

雙重絕緣=基本絕緣+補(bǔ)充絕緣

注：ELV線路：特低電壓電路在正常工作條件下，在導(dǎo)體之間或任一導(dǎo)體之間的交流峰值不超過(guò)42.4V或直流值不超過(guò)60V的二次電路。

SELV電路：安全特低電壓電路。

作了適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和保護(hù)的二次電路，使得在正常條件下或單一故障條件下，任意兩個(gè)可觸及的零部件之間，以及任意的可觸及零部件和設(shè)備的保護(hù)接地端子（僅對(duì)I類設(shè)備）之間的電壓，均不會(huì)超過(guò)安全值。

TNV：通訊網(wǎng)絡(luò)電壓電路

在正常工作條件下，攜帶通信信號(hào)的電路。一：DC/DC變換器內(nèi)部噪聲干擾源分析

1．二極管的反向恢復(fù)引起噪聲干擾

在開(kāi)關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續(xù)流二極管等，由于這些二極管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如圖所示，在二極管由阻斷狀態(tài)到導(dǎo)通工作過(guò)程中，將產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓尖峰VFP；在二極管由導(dǎo)通狀態(tài)到阻斷工作過(guò)程中，存在一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間trr，在反向恢復(fù)過(guò)程中，由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰VRP，由于少子的存儲(chǔ)與復(fù)合效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生瞬變的反向恢復(fù)電流IRP，這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。

2．開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電磁干擾

在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似矩形波，含有豐富的高頻成分，這些高頻諧波會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，在反激變換器中，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似三角波，高次諧波成分相對(duì)較少。開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通時(shí)，由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很短以及逆變回路中引線電感的存在，將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓，在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)，由于關(guān)斷時(shí)間很短，將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。

3．電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾：在開(kāi)關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器初次級(jí)之間存在寄生電容，高頻干擾信號(hào)通過(guò)寄生電容耦合到次邊；功率變壓器由于繞制工藝等原因，原次邊耦合不理想而存在漏感，漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾，另外功率變壓器線圈繞組流過(guò)高頻脈沖電流，在周圍形成高頻電磁場(chǎng)；電感線圈中流過(guò)脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射，而且在負(fù)載突切時(shí)，會(huì)形成電壓尖峰，同時(shí)當(dāng)它工作在飽和狀態(tài)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生電流突變，這些都會(huì)引起電磁干擾；

4．控制電路中周期性的高頻脈沖信號(hào)如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號(hào)等將產(chǎn)生高頻高次諧波，對(duì)周圍電路產(chǎn)生電磁干擾。

5．此外電路中還會(huì)有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾，以及控制電源噪聲干擾等。

6．開(kāi)關(guān)電源中的布線設(shè)計(jì)非常重要，不合理布線將使電磁干擾通過(guò)線線之間的耦合電容和分布互感串?dāng)_或輻射到鄰近導(dǎo)線上，從而影響其它電路的正常工作。

7．熱輻射產(chǎn)生的電磁干擾，熱輻射是以電磁波的形式進(jìn)行熱交換，這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩(wěn)定工作。

二，外界的電磁干擾

對(duì)于某一電子設(shè)備，外界對(duì)其產(chǎn)生影響的電磁干擾包括：電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽(yáng)噪聲、靜電放電，以及周圍的高頻發(fā)射設(shè)備引起的干擾。

三，電磁干擾的后果

電磁干擾將造成傳輸信號(hào)畸變，影響設(shè)備的正常工作。對(duì)于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。而對(duì)于某些設(shè)備，電磁輻射會(huì)引起重要信息的泄漏。

四，開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計(jì)

了解了開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部及外部電磁干擾源后，我們還應(yīng)知道，形成電磁干擾機(jī)理的三要素是還有傳播途徑和受擾設(shè)備。因此開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計(jì)主要從以下三個(gè)方面入手：1，減小干擾源的電磁干擾能量；2，切斷干擾傳播途徑；3，提高受擾設(shè)備的抗干擾能力。

正確了解和把握開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾源及其產(chǎn)生機(jī)理和干擾傳播途徑，對(duì)于采取何種抗干擾措施以使設(shè)備滿足電磁兼容要求非常重要。由于干擾源有開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾源和外部的干擾源，而且可以說(shuō)干擾源無(wú)法消除，受擾設(shè)備也總是存在，因此可以說(shuō)電磁兼容問(wèn)題總是存在。

下面以隔離式DC/DC變換器為例，討論開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)：

1.DC/DC變換器輸入濾波電路的設(shè)計(jì)

如圖所示，F(xiàn)V1為瞬態(tài)電壓抑制二極管，RV1為壓敏電阻，都具有很強(qiáng)的瞬變浪涌電流的吸收能力，能很好的保護(hù)后級(jí)元件或電路免遭浪涌電壓的破壞。Z1為直流EMI濾波器，必須良好接地，接地線要短，最好直接安裝在金屬外殼上，還要保證其輸入、輸出線之間的屏蔽隔離，才能有效的切斷傳導(dǎo)干擾沿輸入線的傳播和輻射干擾沿空間的傳播。L1、C1組成低通濾波電路，當(dāng)L1電感值較大時(shí)，還需增加如圖所示的V1和R1元件，形成續(xù)流回路吸收L1斷開(kāi)時(shí)釋放的電場(chǎng)能，否則L1產(chǎn)生的電壓尖峰就會(huì)形成電磁干擾，電感L1所使用的磁芯最好為閉合磁芯，帶氣隙的開(kāi)環(huán)磁芯的漏磁場(chǎng)會(huì)形成電磁干擾，C1的容量較大為好，這樣可以減小輸入線上的紋波電壓，從而減小輸入導(dǎo)線周圍形成的電磁場(chǎng)。

2.高頻逆變電路的電磁兼容設(shè)計(jì)，如圖所示，C2、C3、V2、V3組成的半橋逆變電路，V2、V3為IGBT、MOSFET等開(kāi)關(guān)元件，在V2、V3開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)，由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很快以及引線電感、變壓器漏感的存在，回路會(huì)產(chǎn)生較高的di/dt、dv/dt突變，從而形成電磁干擾，為此在變壓器原邊兩端增加R4、C4構(gòu)成的吸收回路，或在V2、V3兩端分別并聯(lián)電容器C5、C6，并縮短引線，減小ab、cd、gh、ef的引線電感。在設(shè)計(jì)中，C4、C5、C6一般采用低感電容，電容器容量的大小取決于引線電感量、回路中電流值以及允許的過(guò)沖電壓值的大小，LI2/2=C△V2/2公式求得C的大小，其中L為回路電感，I為回路電流，△V為過(guò)沖電壓值。

為減小△V，就必須減小回路引線電感值，為此在設(shè)計(jì)時(shí)常使用一種叫“多層低感復(fù)合母排”的裝置，由我所申請(qǐng)專利的該種母排裝置能將回路電感降低到足夠小，達(dá)10nH級(jí)，從而達(dá)到減小高頻逆變回路電磁干擾的目的。

從電磁兼容性設(shè)計(jì)角度考慮，應(yīng)盡量降低開(kāi)關(guān)管V2、V3的開(kāi)關(guān)頻率,從而降低di/dt、dv/dt值。另外使用ZCS或ZVS軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)能有效降低高頻逆變回路的電磁干擾。在大電流或高電壓下的快速開(kāi)關(guān)動(dòng)作是產(chǎn)生電磁噪聲的根本，因此盡可能選用產(chǎn)生電磁噪聲小的電路拓?fù)洌缭谕葪l件下雙管正激拓?fù)浔葐喂苷ね負(fù)洚a(chǎn)生電磁噪聲要小，全橋電路比半橋電路產(chǎn)生電磁噪聲要小。

如圖所示增加吸收電路后開(kāi)關(guān)管上的電流、電壓波形與沒(méi)有吸收回路時(shí)的波形比較。

3.高頻變壓器的電磁兼容設(shè)計(jì)

在高頻變壓器T1的設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選用電磁屏蔽性較好的磁芯材料。

如圖所示，C7、C8為匝間耦合電路，C11為繞組間耦合電容，在變壓器繞制時(shí)，盡量減小分布電容C11，以減小變壓器原邊的高頻干擾耦合到次邊繞組。另外為進(jìn)一步減小電磁干擾，可在原、次邊繞組間增加一個(gè)屏蔽層，屏蔽層良好接地，這樣變壓器原、次邊繞組對(duì)屏蔽層間就形成耦合電容C9、C10，高頻干擾電流就通過(guò)C9、C10流到大地。

由于變壓器是一個(gè)發(fā)熱元件，較差的散熱條件必然導(dǎo)致變壓器溫度升高，從而形成熱輻射，熱輻射是以電磁波形式對(duì)外傳播，因此變壓器必須有很好的散熱條件。

通常將高頻變壓器封裝在一個(gè)鋁殼盒內(nèi)，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，并灌注電子硅膠，這樣變壓器即可形成較好的電磁屏蔽，還可保證有較好的散熱效果，減小電磁輻射。

5.輸出整流電路電磁兼容設(shè)計(jì)

如圖所示為輸出半波整流電路，V6為整流二極管，V7為續(xù)流二極管，由于V6、V7工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此輸出整流電路的電磁干擾源主要是V6和V7，R5、C12和R6、C13分別連接成V6、V7的吸收電路，用于吸收其開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰，并以熱的形式在R5、R6上消耗。

減少整流二極管的數(shù)量就可減小電磁干擾的能量，因此同等條件下，采用半波整流電路比采用全波整流和全橋整流產(chǎn)生的電磁干擾要小。

為減小二極管的電磁干擾，必須選用具有軟恢復(fù)特性的、反向恢復(fù)電流小、反向恢復(fù)時(shí)間短的二極管器件。從理論上講，肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）是多數(shù)載流子導(dǎo)流，不存在少子的存儲(chǔ)與復(fù)合效應(yīng)，因而也就不會(huì)有反向電壓尖峰干擾，但實(shí)際上對(duì)于較高反向工作電壓的肖特基二極管，隨著電子勢(shì)壘厚度的增加，反向恢復(fù)電流會(huì)增大，也會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲。因此在輸出電壓較低的情況下選用肖特基二極管作直流二極管產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)比選用其它二極管器件要小。

6.輸出直流濾波電路的電磁兼容設(shè)計(jì)

輸出直流濾波電路主要用于切斷電磁傳導(dǎo)干擾沿導(dǎo)線向輸出負(fù)載端傳播，減小電磁干擾在導(dǎo)線周圍的電磁輻射。

如圖所示，L2、C17、C18組成的LC濾波電路，能減小輸出電流、電壓紋波的大小，從而減小通過(guò)輻射傳播的電磁干擾，濾波電容C17、C18盡量采用多個(gè)電容并聯(lián)，減小等效串聯(lián)電阻，從而減小紋波電壓，輸出電感L2值盡量大，減小輸出紋波電流的大小，另外電感L2最好使用不開(kāi)氣隙的閉環(huán)磁芯，最好不是飽和電感。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們要記住，導(dǎo)線上有電流、電壓的變化，在導(dǎo)線周圍就有變化的電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)就會(huì)沿空間傳播形成電磁輻射。

C19用于濾除導(dǎo)線上的共模干擾，盡量選用低感電容，且接線要短，C20、C21、C22、C23用于濾除輸出線上的差模干擾，宜選用低感的三端電容，且接地線要短，接地可靠。

Z3為直流EMI濾波器，根據(jù)情況使用或不使用，是采用單級(jí)還是多級(jí)濾波器，但要求Z3直接安裝在金屬機(jī)箱上，最好濾波器輸入、輸出線能屏蔽隔離。

7.接觸器、繼電器等其它開(kāi)關(guān)器件電磁兼容設(shè)計(jì)

繼電器、接觸器、風(fēng)機(jī)等在掉電后，其線圈將產(chǎn)生較大的電壓尖峰，從而產(chǎn)生電磁干擾，為此在直流線圈兩端反并聯(lián)一個(gè)二極管或RC吸收電路，在交流線圈兩端并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻用于吸收線圈掉電后產(chǎn)生的電壓尖峰。同時(shí)要注意如果接觸器線圈電源與輔助電源的輸入電源為同一個(gè)電源，之間最好通過(guò)一個(gè)EMI濾波器。繼電器觸頭動(dòng)作時(shí)也將產(chǎn)生電磁干擾，因此要在觸頭兩端增加RC吸收回路。

8.開(kāi)關(guān)電源箱體結(jié)構(gòu)的電磁兼容設(shè)計(jì)

材料選擇：沒(méi)有“磁絕緣”材料，電磁屏蔽是利用“磁短路”的原理，來(lái)切斷電磁干擾在設(shè)備內(nèi)部與外界空氣中的傳播路徑。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮對(duì)電磁干擾的屏蔽效能，對(duì)于屏蔽材料的選擇原則是，當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，選用高電導(dǎo)率的金屬材料，屏蔽效果較好；當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的金屬材料，屏蔽效果較好；在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用高電導(dǎo)率和高導(dǎo)磁率的金屬材料組成多層屏蔽體。

孔洞、縫隙、搭接處理方法：采用電磁屏蔽方法無(wú)需重新設(shè)計(jì)電路，便可達(dá)到很好的電磁兼容效果。理想的電磁屏蔽體是一個(gè)無(wú)縫隙、無(wú)孔洞、無(wú)透入的導(dǎo)電連續(xù)體，低阻抗的金屬密封體，但是一個(gè)完全密封的屏蔽體是沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的，因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)電源設(shè)備中，有輸入、輸出線過(guò)孔、散熱通風(fēng)孔等孔洞，以及箱體結(jié)構(gòu)部件之間的搭接縫隙，如果不采取措施將會(huì)產(chǎn)生電磁泄漏，使箱體的屏蔽效能降低、甚至完全喪失。因此在開(kāi)關(guān)電源箱體設(shè)計(jì)時(shí)，金屬板之間的搭接最好采用焊接，無(wú)法焊接時(shí)要使用電磁密封墊或其它的屏蔽材料，箱體上的開(kāi)孔要小于要屏蔽的電磁波的波長(zhǎng)的1/2，否則屏蔽效果將大大降低；對(duì)于通風(fēng)孔，在屏蔽要求不高時(shí)可以使用穿孔金屬板或金屬化絲網(wǎng)，在要求既要屏蔽效能高，又要通風(fēng)效果好時(shí)選用截至波導(dǎo)管等方法，提高屏蔽體的屏蔽效能。如果箱體的屏蔽效能仍無(wú)法滿足要求時(shí)，可以在箱體上噴涂屏蔽漆。除了對(duì)開(kāi)關(guān)電源整個(gè)箱體的屏蔽之外，還可以對(duì)電源設(shè)備內(nèi)部的元件、部件等干擾源或敏感設(shè)備進(jìn)行局部屏蔽。

在進(jìn)行箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)設(shè)備上所有會(huì)受到靜電放電試驗(yàn)的部分，設(shè)計(jì)出一條低阻抗的電流泄放路徑，箱體必須有可靠的接地措施，并且要保證接地線的載流能力，同時(shí)將敏感電路或元件遠(yuǎn)離這些泄放回路，或?qū)ζ洳捎秒妶?chǎng)屏蔽措施。對(duì)于結(jié)構(gòu)件的表面處理，一般主要電鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫，這需要從導(dǎo)電性能、電化學(xué)反應(yīng)、成本及電磁兼容性等多方面考慮后做出選擇。

9.元器件布局與布線中的電磁兼容設(shè)計(jì)：

對(duì)于開(kāi)關(guān)電源設(shè)備內(nèi)部元器件的布局必須整體考慮電磁兼容性的要求，設(shè)備內(nèi)部的干擾源會(huì)通過(guò)輻射和串?dāng)_等途徑影響其它元件或部件的工作，研究表明，在離干擾源一定距離時(shí)，干擾源的能量將大大衰減，因此合理的布局有利于減小電磁干擾的影響。

EMI輸入輸出濾波器最好安裝在金屬機(jī)箱的入口處，并保證其輸入線與輸出線電磁環(huán)境的屏蔽隔離。

敏感電路或元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱源。

對(duì)于開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，我們一般須遵守以下布線原則：

9.1主電路輸入線與輸出線分開(kāi)走線。

9.2EMI濾波器輸入線與輸出線分開(kāi)走線。

9.3主電路線與控制信號(hào)線分開(kāi)走線。

9.4高壓脈沖信號(hào)線最好分開(kāi)單獨(dú)走線。

9.5分開(kāi)布線的原則是避免平行走線，可以垂直交叉，線束之間距離在20mm以上。

9.6電纜不要貼著金屬外殼和散熱器走線，保證一定距離。

9.7雙絞線、同軸電纜及帶狀電纜在EMC設(shè)計(jì)中的使用

雙絞線、同軸電纜都能有效的抑制電磁干擾。在脈沖信號(hào)傳輸線路中常使用雙絞線，控制輔助電源線和傳感器信號(hào)線最好用雙絞屏蔽線。因?yàn)殡p絞線兩根線之間有很小的回路面積，而且雙絞線的每?jī)蓚€(gè)相鄰的回路上感應(yīng)出的電流具有大小相等、方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，這樣就可以減小因輻射引起的差模干擾，不過(guò)雙絞線絞合的圈數(shù)最好為偶數(shù)，且每單位波長(zhǎng)所絞合的圈數(shù)愈多，消除耦合的效果愈好。使用時(shí)注意雙絞線和同軸電纜兩端不能同時(shí)接地，只能單端接地，而對(duì)屏蔽線，屏蔽層兩端接地能既能屏蔽電場(chǎng)還能屏蔽磁場(chǎng)，單端接地只能屏蔽電場(chǎng)。使用同軸電纜時(shí)還要注意，其屏蔽層必須完全包覆信號(hào)線接地，即接頭與電纜屏蔽層必須3600搭接，才能有效屏蔽電磁場(chǎng)，如圖4所示，信號(hào)線裸露部分仍可以與外界形成互容耦合，降低屏蔽效能。

帶狀電纜適合于短距離的信號(hào)傳輸，我們知道為了降低差模信號(hào)的電磁輻射，必須減小信號(hào)線和信號(hào)回流線所形成的回路面積，因此在設(shè)計(jì)帶狀電纜布局時(shí)，最好將信號(hào)線與接地線間隔排列。如圖3所示，其中S為信號(hào)線，G為信號(hào)地線。

10．元器件的選擇

熱傳播的方式有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，熱輻射是以電磁波的形式向空中傳播的，熱傳導(dǎo)也會(huì)向周圍其它元件傳導(dǎo)熱量，這些都會(huì)影響其它元器件或電路的正常工作，因此從元器件熱設(shè)計(jì)方面考慮要盡量留有較大余量，以降低元器件的溫升及器件表面的溫度，除元器件對(duì)溫升有特殊要求外，一般開(kāi)關(guān)電源要求內(nèi)部元件溫度小于90℃，內(nèi)部環(huán)境溫度不超過(guò)65℃，以減小熱輻射干擾。

對(duì)數(shù)字集成電路，從電磁兼容性角度看應(yīng)多選用高噪聲容限的CMOS器件代替低噪聲容限的TTL器件。

盡量使用低速、窄帶元件和電路。

選用分布電感較小的SMP元件，選用高頻特性好、等效串聯(lián)電感低的陶瓷介質(zhì)電容器、高頻無(wú)感電容器、三端電容器和穿心電容器等作濾波電容。

11.控制電路及PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)

信號(hào)地是指信號(hào)電流流回信號(hào)源的一條低阻抗路徑。在設(shè)計(jì)中往往由于接地方法不恰當(dāng)而產(chǎn)生地環(huán)路干擾和公共阻抗耦合干擾。因此要合理選用接地方式，接地的方式有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。

地環(huán)路干擾：常發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接，地相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間。原因是由于地環(huán)路電流的存在，使兩個(gè)設(shè)備的地電位不同。通常用光電耦合器或隔離變壓器進(jìn)行“地”隔離，消除地環(huán)路干擾。由于隔離變壓器繞組之間寄生電容較大，即使采取屏蔽措施的隔離變壓器通常也只用于1MHZ以下的信號(hào)隔離，超過(guò)1MHZ時(shí)多采用光電耦合器隔離。

公共阻抗耦合：當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生公共阻抗耦合。由于地線是信號(hào)回流線，一個(gè)電路的工作狀態(tài)必然會(huì)影響地線電壓，當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，地線的電壓就會(huì)同時(shí)受到兩個(gè)電路工作狀態(tài)的影響。

可見(jiàn)無(wú)論是地環(huán)路干擾還是公共阻抗耦合問(wèn)題都是由于地線阻抗引起的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮盡量降低地線阻抗與感抗。

如何減小控制電源噪聲：電源線上有電流突變，就會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓。在靠近芯片的位置增加解耦電容，能有效減小噪聲。如果是高頻電流負(fù)載，則采用多個(gè)同容量的高頻電容和無(wú)感電容并聯(lián)能獲得更好的效果。注意電容容量并非越大越好，主要根據(jù)其諧振頻率、提供脈沖電流頻率來(lái)選擇。

印制板合理的布置地線將能有效的減小印制板的輻射以及提高其抗輻射干擾能力，請(qǐng)注意

l布置地線網(wǎng)絡(luò)：在雙面板的兩面布置最多的平行地線。

l對(duì)于一些關(guān)鍵信號(hào)（如脈沖信號(hào)和對(duì)外界較敏感的電平信號(hào)）的地線的布置必須盡量縮小引線長(zhǎng)度，減小信號(hào)的回流面積。如果是雙面板，地線和信號(hào)線可以在印制板兩面并聯(lián)平行走線。

l若是多層線路板，且既有數(shù)字地又有模擬地，則數(shù)字地和模擬地必須布置在同一層，減小它們之間的耦合干擾。

l在實(shí)際電路中常發(fā)生公共阻抗耦合，因此要根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的接地方式。

12.其它方法

12.1.IGBT,MOSFET等開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)增加一個(gè)-5V～-10V的負(fù)電平，提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的抗干擾能力?；蝌?qū)動(dòng)信號(hào)采用光纖傳輸技術(shù)，光纖適宜于遠(yuǎn)距離傳輸，具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

12.2.通過(guò)軟件的編程技術(shù)，提高開(kāi)關(guān)電源的抗干擾能力，為了防止電平信號(hào)中的毛刺，引起軟件的誤判斷及誤動(dòng)作，可以通過(guò)多次采樣等數(shù)字濾波方法來(lái)濾除干擾信號(hào)。電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設(shè)計(jì)也不一樣，應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送，把英文名稱“PowerTransformers”譯成“功率變壓器”，在許多文獻(xiàn)資料中仍然在使用。究竟是叫“電源變壓器”，還是叫“功率變壓器”好呢？有待于科技術(shù)語(yǔ)方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來(lái)選擇決定。同一個(gè)英文名稱“PowerTransformer”，還可譯成“電力變壓器”。電力變壓器主要用于電力輸配系統(tǒng)中起功率傳送、電壓變換和絕緣隔離作用，原邊電壓為6kV以上的高壓，功率最小5kVA，最大超過(guò)上萬(wàn)kVA。電力變壓器和電源變壓器，雖然工作原理都是基于電磁感應(yīng)原理，但是電力變壓器既強(qiáng)調(diào)功率傳送大，又強(qiáng)調(diào)絕緣隔離電壓高，無(wú)論在磁芯線圈，還是絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，都與功率傳送小、絕緣隔離電壓低的電源變壓器有顯著的差別，更不能將電力變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件生搬硬套地應(yīng)用到電源變壓器中去。電力變壓器和電源變壓器的設(shè)計(jì)方法不一樣，也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。高頻電源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、1MHz以上。傳送功率比較大的，工作頻率比較低；傳送功率比較小的，工作頻率比較高。這樣，既有工作頻率的差別，又有傳送功率的差別，工作頻率不同檔次的電源變壓器設(shè)計(jì)方法不一樣，也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。如上所述，作者對(duì)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序不存在錯(cuò)誤概念，而是在2003年7月初，閱讀《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期特別推薦的2篇高頻磁性元件設(shè)計(jì)文章后，產(chǎn)生了疑慮，感到有些問(wèn)題值得進(jìn)一步商討，因此才動(dòng)筆寫(xiě)本文。正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語(yǔ)所說(shuō)的那樣：“具體地分析具體的情況”，寫(xiě)的目的，是嘗試把最難詳細(xì)說(shuō)明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問(wèn)題弄清楚。如有說(shuō)得不對(duì)的地方，敬請(qǐng)幾位作者和廣大讀者指正。2高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品，自然帶有商品的屬性，因此高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好。有時(shí)可能偏重性能和效率，有時(shí)可能偏重價(jià)格和成本?，F(xiàn)在，輕、薄、短、小，成為高頻電源的發(fā)展方向，是強(qiáng)調(diào)降低成本。其中成為一大難點(diǎn)的高頻電源變壓器，更需要在這方面下功夫。所以在高頻電源變壓器的“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，只談性能，不談成本，不能不說(shuō)是一大缺憾，如果能認(rèn)真考慮一下高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則，追求更好的性能價(jià)格比，傳送不到10VA的單片開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出更輕、薄、短、小的方案來(lái)。不談成本，市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)律是無(wú)情的！許多性能好的產(chǎn)品，往往由于價(jià)格不能為市場(chǎng)接受而遭冷落和淘汰。往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決。一些“節(jié)能不節(jié)錢(qián)”的產(chǎn)品為什么在市場(chǎng)上推廣不開(kāi)值得大家深思。產(chǎn)品成本，不但包括材料成本，生產(chǎn)成本，還包括研發(fā)成本，設(shè)計(jì)成本。因此，為了節(jié)約時(shí)間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高頻電源變壓器的鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例、原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數(shù)據(jù)，對(duì)窗口填充程度，繞組導(dǎo)線和結(jié)構(gòu)推薦一些方案，有什么不好？為什么一定要按步就班地來(lái)回進(jìn)行推算和仿真，才不是概念錯(cuò)誤？作者曾在20世紀(jì)80年代中開(kāi)發(fā)高頻磁放大器式開(kāi)關(guān)電源，以溫升最低為條件，對(duì)高頻電源變壓器進(jìn)行過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于熱阻難以確定，結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn)，不得不再次修正?，F(xiàn)在有些公司的磁芯產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中，為了縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源變壓器的時(shí)間，有的列出簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)公式，有的用表列出磁芯在某種工作頻率下的傳送功率。這種既為用戶著想，又推廣公司產(chǎn)品的雙贏行為，是完全符合市場(chǎng)規(guī)律的行為，絕不是什么需要辨析的錯(cuò)誤概念。問(wèn)題是提供的參考數(shù)據(jù)，推薦的方案是否是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)？有沒(méi)有普遍性？包括“辨析”一文中提出的一些說(shuō)法，都需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，才能站得住腳。總之，千萬(wàn)記住：高頻電源變壓器是一種產(chǎn)品（即商品），設(shè)計(jì)原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好。檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能否經(jīng)受住市場(chǎng)的考驗(yàn)。3高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求以設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn)，可以對(duì)高頻電源變壓器提出4項(xiàng)設(shè)計(jì)要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。3.1使用條件使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現(xiàn)在由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，必須注意電磁兼容性?？煽啃允侵冈诰唧w的使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。有些軟磁材料，居里點(diǎn)比較低，對(duì)溫度敏感。例如：錳鋅軟磁鐵氧體，居里點(diǎn)只有215℃，其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度25℃外，還要給出60℃，80℃，100℃時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。因此，將錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的工作溫度限制在100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時(shí)，溫升只允許低于60℃，相當(dāng)于A級(jí)絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件，一般都采用E級(jí)和B級(jí)絕緣材料，采用H級(jí)絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜，是不是大材小用？成本增加多少？是不是因?yàn)镠級(jí)絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，可以使體積減少1/2～1/3的緣故?如果是，請(qǐng)舉具體實(shí)例數(shù)據(jù)。作者曾開(kāi)發(fā)H級(jí)絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器，與B級(jí)絕緣工頻50Hz，10kVA干式變壓器相比，體積減小15％到20％，已經(jīng)相當(dāng)可觀了。本來(lái)體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器，如次級(jí)繞組采用三重絕緣線，能把體積減小1/2～1/3，那一定是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)。請(qǐng)有關(guān)作者詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以便廣大讀者學(xué)習(xí)。電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括可聞的音頻噪聲和不可聞的高頻噪聲。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。例如，錳鋅軟磁鐵氧體，磁致伸縮系數(shù)λS為21×10－6，是取向硅鋼的7倍以上，是高磁導(dǎo)坡莫合金和非晶合金的20倍以上，是微晶納米晶合金的10倍以上。因此錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產(chǎn)生的電磁干擾大。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。既然提出10W以下單片開(kāi)關(guān)電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz～20kHz，一定有其原因。由于沒(méi)有畫(huà)出噪聲頻譜圖，具體原因說(shuō)不清楚，但是由高頻電源變壓器本身產(chǎn)生的可能性不大，沒(méi)有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。至于采用這種粘合工藝可將音頻噪聲降低5dB，請(qǐng)給出實(shí)例與數(shù)據(jù)以及對(duì)噪聲原因的詳細(xì)說(shuō)明，才會(huì)令人可信。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源變壓器的電磁干擾傳播，在設(shè)計(jì)磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，只靠加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，因?yàn)樗荒茏柚馆椛涓蓴_，不能阻止傳導(dǎo)干擾。3.2完成功能高頻電源變壓器完成功能有3個(gè)：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過(guò)程中，磁芯又分為磁通單方向變化和雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值ΔB=Bm－Br。為了提高ΔB，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從＋Bm變化到－Bm，或者從－Bm變化到＋Bm。磁通密度變化值ΔB=2Bm，為了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)，然后通過(guò)去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多，而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。在電源變壓器“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，很遺憾缺少這一個(gè)主要內(nèi)容。只是在“交流損耗”一條中，提出BAC典型值為0.04～0.075T。顯然，文中的高頻電源變壓器是采用電感功率傳送方式，為什么不提磁導(dǎo)率，而提BAC弄不清楚。經(jīng)查閱，在《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1/2期，同一主要作者寫(xiě)的開(kāi)關(guān)電源“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，列出了“磁芯的選擇”，也沒(méi)有提磁導(dǎo)率，只是提出最大磁通密度Bm為0.275T。由于沒(méi)有畫(huà)磁通密度變化波形，弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一致：為什么BAC和Bm相差6.8～3.7倍？更不清楚，選的是哪一種軟磁鐵氧體材料？為什么選這種型號(hào)？?jī)晌闹卸紱](méi)有一點(diǎn)說(shuō)明，只好讓讀者自己去猜想了。電壓變換通過(guò)原邊和副邊繞組匝數(shù)比來(lái)完成。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。但是，繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。有趣的是，漏感能不能規(guī)定一個(gè)數(shù)值？《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期同時(shí)刊登的兩篇文章有著不同的說(shuō)法。“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中說(shuō)：“對(duì)于一符合絕緣及安全標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開(kāi)路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％”?！氨嫖觥币晃闹姓f(shuō)：“在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著漏感=1％的磁化電感或漏感<2％的磁化電感等類似的技術(shù)要求。其實(shí)這種寫(xiě)法或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很不專業(yè)。電源設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路正常工作要求，對(duì)所能接受的漏感值作一個(gè)數(shù)值限制。在制作變壓器的過(guò)程中，應(yīng)在不使變壓器的其他參數(shù)（如匝間電容等）變差的情況下盡可能減小漏感值，而非給出漏感與磁化電感的比例關(guān)系作為技術(shù)要求”。“否則這將表明你不理解漏感知識(shí)或并不真正關(guān)心實(shí)際的漏感值”。雖然兩篇文章說(shuō)法不一樣，但是有一點(diǎn)是共同的，就是盡可能減小漏感值。因?yàn)槁└兄荡?，?chǔ)存的能量也大，在電源開(kāi)關(guān)過(guò)程中突然釋放，會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，增加開(kāi)關(guān)器件承受的電壓峰值，對(duì)絕緣不利，也產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。絕緣隔離通過(guò)原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限?？傊诟哳l電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強(qiáng)度問(wèn)題。3.3提高效率提高效率是對(duì)電源和電子設(shè)備的普遍要求。雖然從單個(gè)高頻電源變壓器來(lái)看，損耗不大。例如，100VA高頻電源變壓器，效率為98％時(shí)，損耗只有2W，并不多。但是成十萬(wàn)個(gè)，成百萬(wàn)個(gè)高頻電源變壓器，總損耗可能達(dá)到上100kW，甚至上MW。還有，許多高頻電源變壓器一直長(zhǎng)期運(yùn)行，年總損耗相當(dāng)可觀，有可能達(dá)到上10GW·h。這樣，提高高頻電源變壓器效率，可以節(jié)約電力。節(jié)約電力后，可以少建發(fā)電站。少建發(fā)電站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，廢氣，廢水，煙塵和灰渣，減少對(duì)環(huán)境的污染。既具有節(jié)約能源，又具有環(huán)境保護(hù)的雙重社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高效率是高頻電源變壓器一個(gè)主要的設(shè)計(jì)要求，一般效率要提高到95％以上，損耗要減少到5％以下。高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關(guān)心變壓器的鐵損和銅損的比例。這個(gè)比例是隨變壓器的工作頻率發(fā)生變化的。如果變壓器的外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數(shù)越多，銅損越大。因此在50Hz工頻下，銅損遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鐵損。例如：50Hz，100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，銅損為鐵損的5倍左右。50Hz，100kVASH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損的20倍左右。并不存在“辨析”一文中所說(shuō)那樣，工頻變壓器從熱穩(wěn)定熱均勻角度出發(fā)，把銅損等于鐵損作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則。隨著工作頻率升高，繞組匝數(shù)減少，雖然由于趨表效應(yīng)和鄰近效應(yīng)存在而使繞組損耗增加，但是總的趨勢(shì)是銅損隨著工作頻率升高而下降。而鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗，隨著工作頻率升高而迅速增大。在某一段工作頻率，有可能出現(xiàn)銅損和鐵損相等的情況，超過(guò)這一段工作頻率，鐵損就大于銅損。造成鐵損不等于銅損的原因，也并不象“辨析”一文中所說(shuō)那樣是由于“高頻變壓器采用非常細(xì)的漆包線作為繞組”。導(dǎo)線粗細(xì)的選擇，雖然受趨表效應(yīng)影響，但主要由高頻電源變壓器的傳送功率來(lái)決定，與工作頻率不存在直接關(guān)系。而且，選用非常細(xì)的漆包線作為繞組，反而會(huì)增加銅損，延緩銅損的下降趨勢(shì)。說(shuō)不定在設(shè)計(jì)選定的工作頻率下，還有可能出現(xiàn)銅損等于鐵損的情況。根據(jù)有的資料介紹，中小功率高頻電源變壓器的工作頻率在100kHz左右，鐵損已經(jīng)大于銅損，而成為高頻電源變壓器損耗的主要部分。正因?yàn)殍F損是高頻電源變壓器損耗的主要部分，因此根據(jù)鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。鐵損也成為評(píng)價(jià)軟磁芯材料的一個(gè)主要參數(shù)。鐵損與磁芯的工作磁通密度工作頻率有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須說(shuō)明在什么工作磁通密度下和在什么工作頻率下?lián)p耗。用符號(hào)表示時(shí)，也必須標(biāo)明PB/f〔式中工作磁通密度B的單位是T（特斯拉），工作頻率f的單位是Hz（赫芝）〕。例如，P0.5/400表示工作磁通密度為0.5T，工作頻率為400Hz時(shí)的損耗。又例如，P0.1/100k表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為100kHz時(shí)的損耗。鐵損還與工作溫度有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須指明它的工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對(duì)溫度變化比較敏感，在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中都要列出25℃至100℃的鐵損。軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是鐵損限制了工作磁通密度的上限。所以，在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標(biāo)準(zhǔn)中，把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積B×f，作為材料的性能因子，并說(shuō)明在性能因子條件下允許的損耗值。新的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)性能因子把軟磁鐵氧體材料分為PW1，PW2，PW3，PW4，PW5等5類，性能因子越高的，工作頻率越高，極限頻率也越高。例如，PW3類軟磁鐵氧體材料，工作頻率為100kHz，極限頻率為300kHz，性能因子B×f為10000mT×kHz，即在100mT（0.1T）和100kHz下，100℃時(shí)損耗a級(jí)≤300kW/m（300mW/cm3），b級(jí)≤150kW/m3（150mW/cm3）。日本TDK公司生產(chǎn)的PC44型軟磁鐵氧體材料達(dá)到PW3a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到PW3b級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中提出高頻變壓器使用的鐵氧體磁芯在100kHz時(shí)的損耗應(yīng)低于50mW/cm3，沒(méi)指明是選哪一類軟磁鐵氧體材料，也沒(méi)說(shuō)明損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度。讀者只好去猜：損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年6期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的BAC典型值0.04～0.075T？還是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1/2期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的Bm值0.237T？不管是0.075T，還是0.237T？要達(dá)到100kHz下鐵損低于50mW/cm3的鐵氧體材料是非常先進(jìn)的。請(qǐng)介紹一下是哪家公司哪種型號(hào)產(chǎn)品，以便讀者也去購(gòu)買(mǎi)。在某一段工作頻率下，高頻電源變壓器的繞組損耗（銅損）與鐵損相接近時(shí)，例如，銅損/鐵損=100％～25％范圍內(nèi)，銅損也不能忽視，也應(yīng)當(dāng)考慮采取措施來(lái)減少銅損。由于原繞組和副繞組承擔(dān)的功率相近，往往在設(shè)計(jì)中取原繞組的銅損等于副繞組的銅損，以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，這并不象“辨析”一文中所說(shuō)的那樣：“只是工頻變壓器設(shè)計(jì)的一種經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，”對(duì)一定工作頻率下高頻電源變壓器設(shè)計(jì)也適用。不能只強(qiáng)調(diào)依靠溫升來(lái)設(shè)計(jì)高頻電源變壓器，由于熱阻不容易準(zhǔn)確確定，設(shè)計(jì)計(jì)算相當(dāng)麻煩。因此，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，有時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先推薦一些原則和數(shù)據(jù)是必要的。同樣，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)不同工作頻率，不同功率的高頻電源變壓器推薦不同的繞組電流密度，也是必要的，但不限于某一個(gè)電流密度值，例如，2A/mm2～3A/mm2。應(yīng)當(dāng)看到：實(shí)現(xiàn)高頻電源變壓器設(shè)計(jì)要求的方法并不限于一種，應(yīng)當(dāng)允許進(jìn)行多種多樣的探索。“你走你的陽(yáng)關(guān)道，我走我的獨(dú)木橋”。為什么一定要按你指定的道路走，才不是“錯(cuò)誤概念”呢？3.4降低成本降低成本是高頻電源變壓器的一個(gè)主要設(shè)計(jì)要求，有時(shí)甚至是決定性的要求。高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品，和其他商品一樣，都面臨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)容包括性能和成本兩個(gè)方面，缺一不可。不注意降低成本，往往會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。高頻電源變壓器的成本包括材料成本，制造成本和管理成本。設(shè)計(jì)是高頻電源變壓器降低成本的主要手段。高頻電源變壓器所用的材料和零部件的貴賤和數(shù)量的多少？是否方便采購(gòu)？是否要備有多少庫(kù)存量？磁芯，線圈和總體結(jié)構(gòu)的加工和裝配工藝復(fù)雜還是簡(jiǎn)單？需要人工占的比例多大（實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化，可以減少人工工時(shí)，更能保證產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量）？是否需要工模具？質(zhì)量控制中需要檢測(cè)的工序和參數(shù)：哪些參數(shù)要在加工過(guò)程中檢測(cè)？哪些參數(shù)要在出廠試驗(yàn)中檢測(cè)（出廠試驗(yàn)的參數(shù)應(yīng)選擇能決定性能的關(guān)鍵參數(shù)，數(shù)量不要多，以便能即時(shí)判斷產(chǎn)品質(zhì)量。）？哪些參數(shù)要在型式試驗(yàn)中檢測(cè)？要用什么檢測(cè)儀器和設(shè)備，價(jià)格如何？等等，都是由設(shè)計(jì)來(lái)決定的。因此，高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)者除了要了解高頻電源變壓器的理論和設(shè)計(jì)方法而外，還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能和價(jià)格，各種電磁線的性能和價(jià)格，各種絕緣材料的性能和價(jià)格；還要了解磁芯加工熱處理工藝，線圈繞制和絕緣處理工藝及變壓器組裝工藝；還要了解實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的檢測(cè)參數(shù)和儀器設(shè)備；還要了解生產(chǎn)管理的基本知識(shí)以及高頻電源變壓器的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)等等。只有知識(shí)全面的設(shè)計(jì)者，才能設(shè)計(jì)出性能好，成本低的高頻電源變壓器產(chǎn)品。降低成本是促進(jìn)高頻電源變壓器技術(shù)發(fā)展的一種推動(dòng)力。為什么輕、薄、短、小成為高頻電源變壓器的發(fā)展方向？原因之一是這樣既能降低材料成本，又能降低制造成本。提高工作頻率，可以使高頻電源變壓器的重量和體積下降。但是，要克服高頻帶來(lái)的負(fù)面影響，必須采用新的軟磁材料和導(dǎo)電材料并增加抑制高頻電磁干擾的措施，因此，對(duì)具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟選用多高的工作頻率？要在綜合考慮性能和總體成本后決定。提高效率，降低損耗發(fā)生的熱量，可以減少高頻電源變壓器散熱的表面積，從而使體積和重量下降。但是，降低損耗必須采用新材料和新工藝。因此，對(duì)具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟達(dá)到多高的效率？也要在綜合考慮性能和總體成本后決定。4高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)程序高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)程序，包括磁芯材料，磁芯結(jié)構(gòu)，磁芯參數(shù)，線圈參數(shù)，組裝結(jié)構(gòu)和溫升校核等內(nèi)容。下面分別進(jìn)行討論。4.1磁芯材料根據(jù)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求，選擇軟磁材料本來(lái)應(yīng)當(dāng)是設(shè)計(jì)程序的第一項(xiàng)。但是，現(xiàn)在一般都認(rèn)為高頻電源變壓器應(yīng)當(dāng)選擇軟磁鐵氧體，是自然而然的事情。許多有關(guān)高頻電源變壓器的論文，專著和教材，只針對(duì)軟磁鐵氧體進(jìn)行討論，而對(duì)其他軟磁材料有時(shí)說(shuō)明一下，有時(shí)只字不提。而且究竟選擇哪一類軟磁鐵氧體，也不加以說(shuō)明，好象大家都知道。《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期中的兩篇文章就是一例。和任何軟磁磁芯材料一樣，軟磁鐵氧體有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。軟磁鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)是電阻率高、交流渦流損耗小，價(jià)格便宜，易加工成各種形狀的磁芯。缺點(diǎn)是工作磁通密度低，磁導(dǎo)率不高，磁致伸縮大，對(duì)溫度變化比較敏感。因此，有些高頻電源變壓器并不適合選擇軟磁鐵氧體。例如，工作頻率比較低（50kHz以下），功率比較大的高頻電源變壓器，如果選擇軟磁鐵氧體，由于工作磁通密度低，用材料多，磁芯體積大，加工困難，易碎，成品率不高，顯不出價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)。又例如，工作頻率高（500kHz以上），功率比較小的高頻電源變壓器，磁芯重量和體積本來(lái)都小，如果選擇軟磁鐵氧體，必須用PW4、PW5類材料，價(jià)格也不便宜，與其他軟磁材料相比，磁芯價(jià)格基本相當(dāng)，有時(shí)反而由于體積大，而處于不利地位。即使在適合于軟磁鐵氧體的工作頻率范圍內(nèi)，也要對(duì)選擇哪一類軟磁鐵氧體更能全面滿足高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行認(rèn)真考慮，才可以使設(shè)計(jì)出來(lái)的高頻電源變壓器達(dá)到比較理想的性能價(jià)格比。4.2磁芯結(jié)構(gòu)高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中選擇磁芯結(jié)構(gòu)時(shí)考慮的因素有：降低漏磁和漏感，增加線圈散熱面積，有利于屏蔽，線圈繞線容易，裝配接線方便等。漏磁和漏感與磁芯結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。如果磁芯不需要?dú)庀叮瑒t盡可能采用封閉的環(huán)形和方框型結(jié)構(gòu)磁芯，特別是工作頻率高的電源變壓器，因?yàn)?，有一點(diǎn)漏感，就容易產(chǎn)生比較大的漏阻抗。封閉磁芯的磁通基本上集中在磁芯里面，漏磁小。同時(shí)，不論外界干擾磁場(chǎng)從哪個(gè)方向侵入，都在磁芯中分為兩個(gè)方向通過(guò)，產(chǎn)生的干擾互相抵消。但是，封閉磁芯繞線困難，且環(huán)形磁芯散熱要通過(guò)線圈，而且內(nèi)層引出線也要穿過(guò)線圈引出，故必須加強(qiáng)絕緣。不封閉磁芯繞線容易，磁芯散熱面大，可直接散熱，引出線也容易。建議裝線圈的磁路部分為圓柱形截面，減少平均匝長(zhǎng)，降低損耗。矮胖圓柱形磁芯的漏磁和漏感比瘦高圓柱形磁芯大，一個(gè)原因是胖，圓柱形大，漏磁輻射面大；另一個(gè)原因是矮，上下兩磁軛距離近，容易形成漏磁通的路徑。不封閉磁芯中的氣隙大小和位置與漏磁和漏感有密切關(guān)系。在保證完成功能所需的氣隙條件下，盡可能減少氣隙尺寸。因?yàn)椋瑲庀冻叽缭龃?，不但增加漏磁和漏感，還減少等值磁導(dǎo)率，增加激磁功率，對(duì)高頻電源變壓器工作不利。另外，氣隙的位置最好處于線圈的中間部位，可以起到減少氣隙漏磁通的作用。窗口面積的大小與線圈發(fā)熱損耗和散熱面積有關(guān)。窗口面積大，繞的電磁線截面大，電阻小，損耗小，發(fā)熱小。同時(shí)，線圈外形尺寸大，散熱面積也大?！氨嫖觥币晃闹刑岢龃翱诿娣e利用問(wèn)題，不能采取完全肯定和完全否定的態(tài)度。一般在留足工藝需要的窗口面積以后，希望盡