高频变压器设计

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主要介绍高频变压器的设计步骤及方法

Technology Lecture·技术讲座铁氧体磁心高频变压器设计（一）

王全保

中图分类号：TM4 文献标识码：B 文章编号：1606-7517（2007）08-13-107

1 慨述2 用于高频变压器中的铁氧体材料

1.1 高频变压器的定义与分类2.1高频变压器用铁氧体材料的特性和主要用途

高频变压器是相对于音频和工频变压器而言的。但用于高频变压器中的铁氧体材料均为软磁铁氧体材是，由于高频的范围太广，要明确的划分是困难的。因料。由于软磁铁氧体材料的电阻率高，高频损耗小，易于此，我们可将工作频率在音频以上的变压器统称为高频变大批量生产，产品的一致性好，成本低，是目前高频变压压器。应该说，这种叫法是不严格的。为此，根据其工作器中使用量最大的一种磁性材料。软磁铁氧体材料主要分频率，我们将高频变压器分为以下几类：为Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体和Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体两大类。Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体用

①　按频率范围分为于工作频率在０．５￣１ＭＨｚ以下的高频变压器中，Ｎｉ－Ｚｎ铁氧ａ．　ｋＨｚ级高频变压器，它是指工作频率在２０ｋＨｚ至几百体用于工作频率在１ＭＨｚ以上的高频变压器中。Ｍｎ－Ｚｎ和ｋＨｚ的高频变压器；Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体材料的品种很多，材料特性也各不相同，分

ｂ．　ＭＨｚ级高频变压器，它是指工作频率在１ＭＨｚ以上别用于各种不同要求的高频变压器和电感器中。主要包括的高频变压器。以下几个方面：

②　按工作频带分为①　功率变压器，用于传输功率，变换电压和隔离等。ａ．　单频或窄频级高频变压器，它是指工作频率为单频要求材料有高的饱和磁感应强度和低功率损耗。

或是一个很窄的频段，如变换器变压器、振荡器变压器②　信号传输变压器，用于不失真的传输交流或脉冲信等；号，阻抗匹配，隔离等。要求材料有高磁导率，低磁滞损

ｂ．　宽频带变压器，它是指工作在一个很宽频率范围内耗和对直流的敏感小。

的变压器，如阻抗变换器变压器、通讯变压器、宽带功率③　电信领域的滤波器电感，要求有良好的稳定性和高放大器变压器等。Ｑ值。材料的损耗小、在规定的温度范围内有很低的温度

1.2 kHz级高频变压器的特点系数、对时间有很好的稳定性。

④　干扰抑制器，抑制不需要的高频干扰信号，通过有

①　工作频率在几百ｋＨｚ以下；用的高频信号。要求在覆盖的频率范围内有高阻抗（高磁②　一般采用锰锌铁氧体材料；导率）。

③　是目前使用最多的高频变压器；⑤　延迟脉冲电路的电感，用于脉冲的延迟。要求材料④　大部分是单频或窄频级的变压器。有高的磁导率。

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⑥　储能、平滑电路电感。要求材料有高的饱和磁感应

强度值。

⑦　调谐回路电感，有一定的通频带。要求材料有适当

的损耗和较好的温度稳定性。心，并以ＥＴＤ型磁心应用最广。此外，低矮型Ｅ形磁心在平面变压器中的应用十分广泛，如低矮型ＥＩ型磁心、ＥＦＤ型、ＥＱ型等。①　　ＥＥ型磁心

图１为ＥＥ型磁心的外形图，表１为其尺寸。

2.2 高频变压器用铁氧体磁心种类

铁氧体磁心由模压烧结而成，种类很多，主要有Ｅ

形、罐形、Ｕ形和环形等四大类。

2.2.1 E形磁心

这是一种典型的壳式磁心，也是变压器中最常用的一

种磁心。主要有ＥＥ型、ＥＩ型两种，截面均为方形。其派生

品种为ＥＲ和ＥＴＤ型，其截面为圆形。ＥＥ和ＥＩ型主要用于工

作频率偏低的普通变压器，圆截面的ＥＲ和ＥＴＤ型磁心，因

其线圈的平均匝长短，故其使用频率可高于ＥＥ和ＥＩ　型磁图１　　ＥＥ型磁心外形图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表１　　ＥＥ型磁芯尺寸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单位：ｍｍ

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续表１

注：标准栏中，ＳＪ表示我国行业标准所列产品规格；ＪＩＳ表示为日本标准ＪＩＳ　Ｃ２５１４－１９８９所列产品规格；其余为国内公司产品规格。②　　ＥＩ型磁心

③　　ＥＣ型磁心

图２为ＥＩ型磁心的外形图，表２为其尺寸。图３为ＥＣ型磁心的外形图，表３为其尺寸。

图２　　　ＥＩ型磁心外形图

图３　　　ＥＣ型磁心外形图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表２　　　　ＥＩ　型磁心尺寸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单位ｍｍ

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续表２

注：标准栏中，ＳＪ表示我国行业标准所列产品规格；ＪＩＳ表示为日本标准ＪＩＳ　Ｃ２５１４－１９８９所列产品规格；其余为国内公司产品规格。④．　　ＥＴＤ型磁心

图４为ＥＴＤ型磁心的外形图，表４为其尺寸。2.2.2 罐形磁心罐形磁心也是变压器中常用的一种磁心，它同Ｅ形磁

心一样，属壳式结构。罐形磁心的优点是屏蔽性能好，漏

磁和分布电容小，电感易于调节，适用于高频变压器和电

感器。ＲＭ型磁心是在罐形磁心基础上发展起来的，其引

线槽切口大，特别适用于多绕组或大电流变压器。罐形磁

心和ＲＭ型磁心的中心柱分为有孔与无孔的两种，有孔的

磁心一般用作电感线圈或调谐变压器，其电感可以调节；

无孔的磁心截面积大，一般用作功率变压器或宽带变压

器。为满足平面变压器的需要，低矮型无中心孔的ＲＭ磁心

已有生产。

图４　　　　ＥＴＤ型磁心外形图在罐形磁心基础上派生出来的磁心有ＥＰ型和ＰＱ型磁

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Technology Lecture·技术讲座注：在标准号栏中，ＳＪ　表示为我国行业标准ＳＪ／Ｔ１０２８２－９１所列尺寸；ＪＩＳ表示为日本标准ＪＩＳ　Ｃ　２５１４－１９８９所列尺寸，该标准中所

规定的产品型号为“ＦＥＥＲ”，本表统一为“ＥＴＤ”。

心。它兼有罐形磁心的优点，又可作为功率变压器磁心来

使用。

①　罐形磁心

图５为罐形磁心的外形图，表５为其主要尺寸。

②　　ＲＭ型磁心

图６为ＲＭ型磁心的外形图，表６为其主要尺寸。

③　　ＰＱ型磁心

图７为ＰＱ型磁心的外形图，表７为其主要尺寸。图５　　　　　罐形磁心外形图

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图６　　　ＲＭ型磁心外形图

图７　　　　　ＰＱ型磁心外形图

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2.3 常用铁氧体磁心参数式中lｅ——磁芯有效磁路长度（ｍｍ）；

在进行高频变压器计算时，必须知道所选磁芯的等效　Ａｅ——磁芯有效截面积（ｍｍ２）；参数及其有关的参考数据，表８为ＥＥ型磁芯的参数，表９为　Ｖｅ——磁芯有效体积（ｍｍ３）。ＥＩ型磁芯的参数，表１０为ＥＣ型磁芯的参数，表１１为ＥＴＤ型更详细的计算，可参考行业标准ＳＪ／Ｔ　１０２８１－９１《磁芯磁芯的参数，表１２为罐形磁芯的参数，表１３为ＲＭ型磁芯零件有效参数的计算》。的参数，表１４为ＰＱ型磁芯的参数。表８至表１４中的磁芯有表８至表１４中的磁芯参考数据意义如下：效参数计算公式如下：lｍ　——线圈平均匝长（ｃｍ）；

磁芯系数ＣＳＭ　——磁芯窗口面积，它等于磁芯窗口宽度与窗口高

１、Ｃ

２度的乘积（ｃｍ２）；

ＧＣ　——磁芯质量（ｇ）；

ＡＰ　——面积乘积（ｃｍ４），是按输出功率选择磁芯尺

式中Ｃ寸的一个重要参数，其计算公式为

１——磁芯系数（ｍｍ－１）；

　Ｃ２——磁芯系数（ｍｍ－３）；

l——磁芯横截面相等部分的长度（ｍｍ）ＡＺ　——磁芯结构系数（ｃｍ５），是按效率或调整率选

　Ａ——磁芯给定部分的横截面积（ｍｍ２）。择磁芯尺寸的一个重要参数，其计算公式为磁芯有效磁路长度lｅ、有效截面积Ａｅ和有效体积Ｖ

ｅ

Ｆｍ＋ＦＣ　——变压器线圈散热表面积与磁芯散热表面积之和（ｃｍ２），用于温升计算。