高频开关电源变压器的设计方法

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工艺·技术·应用

高频开关电源变压器的设计方法

姬海宁，兰中文，张怀武

（电子科技大学 微电子与固体电子学院，四川成都 610054）

摘 要：介绍了国内外高频开关电源变压器的研究现状及主要的设计方法。 关键词：开关电源；变压器；高频效应；功率损耗；设计方法

中图分类号：TM433 文献标识码：B 文章编号：1001-3830(2004)02-0031-05

Design Methods of Transformers in High Frequency

Switch Mode Power Supply

JI Hai-ning, LAN Zhong-wen, ZHANG Huai-wu

Institute of Microelectronics and Solid Electronics, University of Electronic Science and

Technology of China, Chengdu 610054, China

Abstract: This article introduces the current study status of transformers in high frequency switching mode

power supply, and compares their main design methods.

Key words: switching mode power supply; transformer; high frequency effect; power loss; design methods

1 引言

随着电子信息技术的不断发展，各类电子设备的电源系统在客观上要求小型化、轻量化和高可靠性，制约这个目标实现的根本技术就是开关电源高频化技术。而开关电源变压器是开关电源的核心部件，是实现能量（功率）转换和传输的主要器件，同时该器件又是开关电源体积和重量的主要占有者和发热源。因此，要实现开关电源的小型轻量化、平面智能化和高可靠性的目标，关键在于开关电源变压器的高频化。

国外研究高频开关电源变压器较早，八十年代研究频率就已经在1~10MHz[2~5]，目前国外0.5~3MHz的高频开关电源已实用化，文献[6]报道的2MHz、50W变压器的几何线度只有1.3cm左右。目前，我国大部分开关变压器的研究在500kHz以下，只有为数不多的几个单位研究频率在500kHz以上[7, 8]。已有的研究表明，除了要有适于高频（0.5~3MHz）工作的磁芯材料之外，高频开关电收稿日期：2003-10-06 修回日期：2004-01-14 作者通信：E-mail: jihaining@

源变压器的设计对其性能有至关重要的影响。因此研究高频变压器的设计技术对我国的高频开关电源以及整机系统的发展都是十分重要的。

2 高频开关电源变压器的设计方法

许多工程电磁场问题都可归结为在给定边界条件下求解其控制方程的问题。但只有少数问题能够用解析的方法求出精确解，这类问题往往是方程性质比较简单，几何边界相当规则。而对于大多数工程技术问题，由于研究对象的几何形状比较复杂或者问题的某些特征是非线形的，则很少有解析解。对于这类问题往往有两种解决方法：一是将方程和边界条件简化为容易处理的问题，从而得到它在简化状态下的解。这种方法只在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致解与实际值偏差很大或者甚至是荒谬的。另一种方法是利用计算机强大的计算能力，使用数值模拟方法求得满足工程要求的数值解。高频开关电源变压器的设计，由于所涉及的几个主要变量是非线性的，因此目前国内外对高频开关电源变压器的设计主要有两类方法，一类是简化求解；一类是数值模拟。

磁性材料及器件 2004年4月 31

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