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MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来，高频链技术引起人们越来越多的兴趣。
1概述
图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。
图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。
2高频变压器的设计
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗校各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。
表1各种磁芯特性比较表
磁芯类型
非晶合金
薄硅钢片
坡莫合金
铁氧体
铁损
低
高
中
低
磁导率
高
低
高
中
饱和磁密
高
高
中
低
温度影响
中
小
小
中
加工
难
易
易
易
价格
中
低
中
低
高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。本文详细讨论如何用AP法设计高频变压器。
原边NP匝，副边Ns匝的变压器，在NP匝上以电压V1开关工作时，根据法拉第定律，有
V1=KffsNPBWAe（1）
式中：Kf为波形系数，即有效值和平均值之比，正
弦波为4.44，方波为4；
fs为工作频率；
BW为工作磁通密度。
NP=V1/(KffsBwAe)(2)
铁芯窗口面积AW乘以窗口使用系数Ko（一般取0?4）为有效面积，该面积为原边绕组NP占据的窗口面积NPAP′与副边绕组Ns占据的窗口面积NsAs′之和，即
KoAW=NPAP′＋NsAs′（3）
式中：AP′及As′分别为原、副边绕组每匝的截面积。
每匝所占用面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关，如式（4）所示。
AP′=I1/J
As′=I2/J(4)
将式（4）代入式（3），则得
KoAW=(V1/KffsBwAe)I1/J＋(V2/KffsBwAc)(I2/J)
即AWAe=(V1I1 V2I2)/(KoKffsBwJ)(5)
电流密度J直接影响到温升，亦影响到AWAe，其关系可用式（6）表示。
J=KJ(AWAe)X(6)
式中：KJ为电流密度系数；X为常数，由所用磁芯确定。
若变压器的视在功率PT=V1I1＋V2I2，则
AWAe=(PT)/(KoKffsBwJ(AWAe)x
即AP=(PT×104)/(KoKffsBwKJ)(1/1 X)(7)
式中：AP单位为cm4，其余的单位为国际单位制。
视在功率随线路结构不同而不同。如图3所示。变压器效率为η，则在图3（a）中
PT=Po＋Pi=Po＋Po/η=Po(1 1/η) |
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