开关电源变压器范文精选

摘 要：电源开关在电源系统中的作用十分显著，且近年来，技术的发展，使开关电源逐渐向高频方向发展，为了使变压器能充分发挥它的主要功能，为电源传输和转换高频开关电源所需要的能量，满足人们对于开关电源的高要求，就要对其核心部件变压器进行优化设计。从变压器的主要构成和分类入手，对变压器的设计参数进行合理地选取，确定优化目标，采取合理的优化设计方法。

关键词：高频；开关电源；变压器；优化设计；

电源变压器间接起着使电子设备正常工作的作用，如何对电源变压器进行优化，使开关电源的高频化与高功率密度化得到有效体现，这是相关人员应该研究的。本文主要针对高频开关电源变压器的优化设计进行分析。

一.高频开关电源变压器的主要概况

1、高频开关电源的形成

开关转换器就是借助于开关管，对其的开合状态进行高频控制，主要目的是使电能的形态适用于开关，开关管一般来说具备的是半导体功率。开关电源是将电源转换器作为关键构件，将其输出电压控制在一定范围内，并对电路起到一定的保护作用。在开关电源进行工作时，可以借助于高频DC/DC转换器，使开关电源转换器具备高频化，这就形成了高频开关电源。

2、高频开关电源的主要构成

有四部分，分别是开关型功率变换器，整流滤波电路，交流直线转换电路以及控制电路[1]。

[摘 要]本文主要介绍了一种交错绕制的开关电源变压器绕法及其应用。以反激式变压器初次级交错绕制降低漏感、谐振式变压器初次级交错绕制提升输出功率等为例，阐述了其原理及作用。

[关键词]开关电源变压器 交错绕制 漏感 功率

中图分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0341-01

一、线圈交错绕法介绍

变压器做为开关电源的核心部件，其主要作用是变换电流电压阻抗，在电源和负载之间进行直流隔离，以最大限度的传送电源能量（功率）。高效开关电源的设计，关键取决于变压器的优化设计，比如如何提高变压器输出效率，减小变压器对MOS管漏极应力，以降低开关电源成本等等。

1.1 反激式变压器

传统反激式变压器通常为初、次级绕组同槽分层绕制方式。其层间使用绝缘胶带进行隔离，端头采用挡墙胶带进行定位，引出线采用套管进行处理，以保证初次级之间的安规距离。为了降低变压器漏感，减小其对MOS管漏极电压应力，通过对绕线结构进行优化设计，采用初次级交错绕制Sandwich绕法。即将初级绕组均分成两部分，先绕制1/2初级绕组N1，然后绕制次级绕组（N2/N3/N4），最后再绕制余数1/2初级绕组（N5）。如（图1）所示。

1.2 谐振式变压器

摘 要：功率变压器始终是开关电源设计的重点内容，也是最关键的技术点，尤其是在提升工作频率的条件下，若是变压器设计没有得到优化，电源功率密度便无法得到有效提高。文章主要针对高频变压器设计进行了分析，并提出了针对高频开关变压器的优化方案，从而有效降低功率损耗，提高电源效率。

关键词：高频；开关电源；优化；变压器

SMPS即开关电源，由于其体积小、效率高，因而在电子领域应用十分广泛。并且科研人员也不断的对其功率密度进行深度研究，通过不断提升变化频率提升其工作效率。而变压器在高频状态下，理论上其体积应当小于20kHz至150kHz这一范围，但是这需要以同等工作磁通密度以及高频状态下磁性材料磁芯损耗才可以同低频相比，但是一旦频率超过200kHz，目前的材料条件下，工作磁通密度便会降低，即若保证磁芯损耗在可承受范围内就需要频率在千分之几特或者百分之几特。所以，功率损耗是限制高频变压器优化方案效果的主要因素。换言之，传输功率特定的条件下，应当尽可能的降低绕组参数以及磁芯参数，从而保证变压器在运行过程中其温升范围符合设计标准要求。文章便针对开关电源变压器的结构以及设计方案进行了分析，并提出了一种有效的优化设计方案。

通过上述两个公式针对铜线绕组阻抗进行计算，从而确定实际工作频率中准确的阻抗数值，但是该种计算方式只能由计算机完成，因为其计算过程十分复杂。

2 SMPS变压器的优化设计

通过上述分析，针对高频变压器的优化设计，并非是一蹴而就的工作，在实际的操作中不可能一次完成，这是由于变压器运行以及结构中各类参数之间具有相互制约的作用，所以，必须将工作磁通密度以及绕组线径、绕组匝数以及并绕数目等在计算机软件中进行多次的尝试，从而求得可以满足设计最佳状态的数值，完成设计优化。在所有的条件中，最为有利的便是磁芯种类以及参数都是特定的，例如磁芯物理尺寸大多都是特定的，磁芯材料特性也是有限的。但是从另一个角度进行分析，这些条件也会限制对变压器的优化，降低了优化的设计空间。

3 结束语

文章通过对变压器优化方案的分析，证实该种方案在目前的高频变压器的优化设计中具有较为明显的效果。并且，通过绕组形式的选择，不但可以满足磁芯窗口利用率，还可以将变压器铜损予以降低。通过这一流程，大部分变压器的设计都可以得到优化，但是为了进一步完善该设计，还应当重视以下三方面问题。首先，变压器在运行过程中，由于磁芯的结构致使其热分布并非是完全均匀的，中央芯柱温度为磁芯温度的最高点，所以想要提高变压器热模型的准确性，就需要防止该问题对变压器工作性能的影响。其次，针对绕组层间电容以及漏感等参数，由于其为寄生参数，因而必须进行深入研究。另外由于运行环境为高频环境，如果仍旧使用PWM这种传统的方式，那么极易造成电路工作状态不稳。但是如果通过谐振的方式，那么还需要考虑谐振回路参数设计问题。最后，由于电路的拓扑结构并非平衡结构，因此必须防止磁芯饱和，因而必须采用加气隙的方式，在设计中目前所能够采用的技术手段便是这种方式。虽然一定程度上可以解决该类问题，但是从设计完善的角度分析，仍旧属于缺陷设计。

摘要：开关电源在电子领域中越来越重要，其已经逐渐成为各种电子设备不可或缺的一部分，因其微小化和高效化等特点，促使其代替变压器，更好的应用于设备中。但是，开关电源并不是非常的完善，其中的高频变压器能够产生磁性干扰，促使开关电源高频化和高密度化受阻，高频变压器电容就是影响因素之一，其所形成的磁性能够直接干扰开关电源。最佳的解决办法就是调整和优化变频器电容的效应的建模。这正是本文研究的重点。

关键词：开关电源；高频变压器；电容效应

一、开关电源及其中的高频变压器

所谓开关电源是利用现代电力电子技术，控制快关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。通常开关电源是由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成的。它具有造型小、应用方便、重量轻、效率高、危险性低等特点，促使其已经广泛的应用于各种电子设备中，成为当下这个雄心时代中电子领域不可或缺的一种电源方式。目前开关电源主要分为两大类，即微型低功率开关电源和反转式串联开关电源。

（1）微型低功率开关电源。它的出现正好满足人们对开关电源微型化、高效化、方便等方面的需求，这是得微型低功率开关电源快速的代替变压器而广泛的应用于各种电子设备中。

（2）反转式串联开关电源。它所输出的电压是负电压，并且能够像负载输出电流，这是一般串联式开关所无法企及的。另外，相对于一般串联式开关电源来说，他所输出的电流小于一般串联式开关电源的一倍，能够有效的节约电量的使用，实现长时间供电。

高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器。它是开关电源最主要的组成部分，直接决定快关电源的应用效果。在开关电源中高频变压器主要的工作原理是当初级线圈游交流电流通过时磁芯产生交流磁通，促使次级线圈中感应出电压，再向外传输。

二、开关电源高频变压器电容效应建模与分析

【摘要】开关电源具有很多优点，在彩色电视机中得到广泛的采用。然而开关电源种类多、电路复杂，又工作在高电压大电流状态，因而故障率高、维修难度较大。下面主要介绍普遍使用的变压器耦合并联型开关稳压电源检修时的注意事项，并结合实际经验，总结一些常见故障的检修方法。

【关键词】变压器耦合并联型；开关电源；检修

彩色电视机的电源系统包括开关稳压电源和行输出变压器脉冲整流电源两大部分。开关稳压电源具有效率高、重量轻、稳压范围宽、稳定性和可靠性高、易于实现多路电压输出和遥控开关等优点。按稳压控制方式分调宽式和调频式，按开关变压器与负载的连接方式分为串联型和并联型，按振荡启动方式分为自激式和他激式。不同类型的开关电源电路，工作方式不同，在电路结构上会有较大的差异。而且开关电源电路的损坏在彩电维修中占有很大的比例。现具体讨论变压器耦合、并联输出、自激式、调宽稳压型开关电源的检修注意事项和检修方法。

一、检修注意事项

由于开关电源工作在高电压、大电流的情况下，所以为了实现安全、快速的检修，必须注意以下几点：

1、为了避免事故发生，检修时必须才取必要的措施。在被检测电源输入端外接1:1隔离变压器，将检修整机与电网火线隔离开来。另外最好把工作台铺上绝缘胶垫。

2、检修时应注意人身、仪器的安全。由于“热底板”存在着与电网火线相通的可能，因此应注意电源部分“热底板”和“冷底板”的区域范围。

3、市电输入回路的延时熔丝管或供电回路的保险电阻烧坏，不能采用导线短接的方法进行检修，以免扩大故障范围。

开关电源的未来主要发展方向是高频化和高功率密度化。需要注意的是，变压器是开关电源的核心部件，并且，随着频率与功率逐渐提高，电源开关对电源系统性能的影响日益显著。所以，研究对高频开关电源变压器，对其进行优化设计，并进一步分析其应用是关键。本文主要对高频开关电源变压器的优化设计及其应用进行了分析，希望能够为相关学者提供有价值的参考。

【关键词】高频 开关电源 变压器 优化设计 应用

电源变压器具备的主要功能是隔离绝缘、传送功率以及变换电压。电源变压器是一种主要软磁电磁元件，被广泛运用于电力电子技术和电源技术中。开关电源变压器是开关电源的核心部件，能够转换和传输能量。此外，在开关电源变压器的开关电源中，主要的体积与重量占有者，也是发热源，可以使得开关电源向小型轻量方向发展，并且实现平面智能等目标。因此，开关电源的高频化是重中之重。

1 高频开关电源变压器的主要构成以及分类

通常从广义角度而言，凡是将半导体功率的开关器件作为开关管，经对开关管，进行高频开通，或者是进行关断控制，均会促使电能形态向其他电能形态装置转化，即开关转换器。开关电源是指将开关转换器作为主要组成部件，通过采取闭环自动控制的方式，实现输出电压保持稳定的目标，并且实现在电路中增加保护环节电源。高频开关电源是指采用高频DC/DC转换器，作为开关电源工作状态下的开关转换器。

高频开关电源的基本路线主要是由开关型功率变换器，整流滤波电路，交流直线转换电路及控制电路几部分组成。高频开关电源变压器分为他激式和自激式、隔离式和非隔离式、硬开关以及软开关几类。

2 高频开关电源变压器的优化设计

2.1 设计参数选取

摘 要：地铁车辆自主辅助电源系统在我国经过多年的研究和考核应用，技术模式与技术标准与国际接轨，实现了工程化、产业化。自主辅助电源系统的研究需要适应地铁发展的需要，不断提高其性能及可靠性，为地铁用户提供更加高效、节能环保、高质的系统和产品。

关键词：地铁车辆；辅助电源；节能

辅助电源系统是车辆牵引控制系统的重要组成部分。SIV为车辆客室空调机组及通风装置、空压机、电加热器、交流照明等交流负载提供三相与单相交流电源；充电机为车载各系统控制电路、直流照明、电动车门及车载信号与通信设备提供直流电源并给蓄电池组充电。辅助电源系统工作的安全性、可靠性对车辆正常运营具有重要影响。在车辆设计的前期就需要对系统的构成、容量范围、功能与性能要求等进行计算、分析和对比，选择合适的系统及设备、合适的参数来构成最优的辅助供电系统，满足车辆运营要求、降低系统的全寿命周期成本。

1、直接逆变方式

直接逆变辅助电源电路结构原理是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率GTO，IGBT或IPM。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式，逆变器按V/f等于常数的控制方式，输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便，但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响，输入与输出不隔离，输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。

2、斩波降压逆变方式

斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构主要由单管DC/DC斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后，输出稳定的正弦三相交流电压，作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源，同时三相交流电压经变压器和整流后，可实现电源的多路直流输出。其特点如下。三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响，DC/DC斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压IGBT元件，逆变器可以采用较低电压的IGPT元件。由于逆变器输入电压恒定，对于只要求#+#，控制的逆变器来说，只需要一定数量的梯波输出，即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压，谐波含量小于5%。斩波器分散布置在每台车的电源上，机组结构统一。对于供电网，虽然每台电源斩波的开关频率相同，但它们之间的斩波相位差是随机的，同样可实现斩波器多相多重斩波作用。隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。（图一）

3、两重斩波降压逆变方式

1引言

近年来,我国上海、广州和北京等城市引进的地铁车辆上,辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源。广州地铁和上海地铁2#线为IGBT辅助逆变电源;北京“复八线”为GTO热管散热器自冷式辅助逆变电源。因此开发和研制地铁车辆静止式辅助逆变电源实现国产化是发展我国城市轨道交通的必然趋势。静止式辅助逆变电源与传统的电动发电机组供电方式的比较如下:

(1)静止式辅助逆变电源直接从地铁动车第三轨受电,经过DC/DC斩波变换后向三相逆变器提供稳定的输入电压,通过VVVF变频调压控制,逆变器输出三相交流电压向负载供电,对于多路输出电源,电路采用变压器隔离形式。这种辅助逆变电源的优点是输出电压品质因数好、电源使用效率高、工作性能安全可靠。

(2)传统地铁辅助电源通常采用旋转式电动发电机组的供电方案。电动机从DC750V第三轨受电,发电机输出三相交流电压向负载供电,对于直流DC110V和DC24V部分用电设备,仍需通过三相变压器和整流装置提供电源。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低,电源易受直流发电机组工况变化的影响,输出电压波动大,可靠性差。

2地铁车辆辅助电源系统方案比较

下面针对DC750V地铁车辆上几种常用的辅助逆变电源电路结构方案,进行分析和比较。211直接逆变方式图1是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率GTO,IGBT或IPM。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式,逆变器按V/f等于常数的控制方式,输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便,但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响,输入与输出不隔离,输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。

图1直接逆变辅助电源电路结构原理图

212斩波降压逆变方式

【摘　要】开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源体积小、重量轻、变化效率高，因此，广泛地应用于计算机、通讯设备、控制装置及家用电器等电子设备中。本文主要介绍开关电源的工作原理和它的分类。

【关键词】开关电源；工作原理；分类

1.开关电源的工作原理

开关电源主要器件是开关管，但也有采用可控硅的，这两个元器件性能差不多，都是靠基极（开关管）、控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电压被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持，待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50Hz。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢？这就需要有个振荡电路产生，我们知道，NPN型晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高、输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。

2.开关电源的分类

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关 电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。

2.1按输入与输出之间是否有电气隔离分类

直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。

摘要：换流变压器作为直流输电系统的核心设备之一，其可靠运行对于整个直流输电系统是非常重要的，而其可靠运行又取决于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助设备能否正常运行。因此保证换流变压器辅助电源的可靠供给是一项重要任务。本文列举并分析了直流输电系统的三种换流变压器电源控制回路，说明了工作原理并分析对比了其相同和不同之处。

关键字：直流输电 换流变 电源 控制回路

0引言

南方电网超高压输电公司目前管辖着±500kV天广直流、±500kV贵广I回直流、±500kV贵广II回直流、±800kV云广直流四条西电东送直流输电通道。这四条直流输电系统总容量达到了1280万千瓦，约占整个南方电网西电东送总容量的50%。其安全稳定运行对南方五省区的电力供应尤其是广东地区负荷中心的电力供应具有极其重要的意义。

在高压直流输电系统中，换流变压器有着与换流阀同样重要的地位，同为直流输电系统的核心设备。这是由于其处在在交流电与直流电相互变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等因素所决定的。换流变压器的运行可靠性直接决定了整个直流输电系统的运行可靠性。而换流变压器的正常运行，依赖于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助系统。辅助系统正常工作则要依赖于外部电源，如换流变压器冷却系统的油泵、风扇和有载调压装置，这些设备均需要电源来驱动其电机工作。仅仅是短时间丢失电源，也将导致换流变压器的油温和线温迅速上升，严重影响换流变压器的安全运行。同时，有载调压装置也将失去电源，如恰逢换流变压器分接头调整，将导致三相换流变压器失步，使直流输电系统处于不正常运行状态。因此换流变压器辅助系统的供电可靠性要求较高，一般为两路电源供电，并采用控制回路自动切换。

在多年生产运行实践中，各换流站不同程度出现过换流变压器失去一路或两路辅助系统电源的故障，给换流变压器的持续可靠运行带来了较大风险。本文将分析对比天广直流、贵广I回、贵广II回、云广直流输电系统换流变压器的辅助电源回路，介绍其不同的设计特点及优缺点。

1天广直流换流变压器电源回路

天广直流是我国继葛上直流后投运的第二条远距离、大容量直流输电系统。其换流变压器为西门子生产的三绕组单相换流变压器。天广直流换流变压器的辅助电源回路如图1所示。