30kHz高頻開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的設計

在高頻干式變壓器的傳統設計中，由于鐵芯材料的限制，其工作頻率一般在20kHz左右。隨著(zhù)電源技術(shù)的不斷發(fā)展，電源系統的小型化、高頻化和高功率比已經(jīng)成為一個(gè)永恒的研究方向和發(fā)展趨勢。因此，研究更高頻率的干式變壓器是減小電力系統體積、提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。根據超微晶合金優(yōu)異的電磁性能，通過(guò)實(shí)例介紹了30kHz超微晶高頻開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的設計。

1.干式變壓器的性能指標

電路形式：半橋開(kāi)關(guān)電源轉換器原理見(jiàn)圖1。

工作頻率f: 30khz

逆變器輸入電壓Ui:DC300V

轉換器U0:DC2100V的輸出電壓

轉換器的輸出電流Io:0.08A

整流電路：橋式整流器

占空比d: 1% ~ 90%

輸出效率:80%

耐受電壓：直流12kV

溫升：50

工作環(huán)境閾值為：-55 ~ 85

2.干式變壓器鐵心的選擇和工作點(diǎn)的確定

從干式變壓器的性能要求可以看出，傳統的薄帶硅鋼和鐵氧體材料在頻率和使用環(huán)境上很難滿(mǎn)足干式變壓器的設計要求。磁芯的材料只考慮坡莫合金、鈷基非晶合金和超微晶合金。而坡莫合金和鈷基非晶合金價(jià)格較高，約為超微晶合金的幾倍，而飽和磁感應強度Bs約為超微晶合金的2/3，加工工藝復雜。因此，對比三種材料的性能(表1)，選擇飽和磁感應強度Bs高、溫度穩定性好、價(jià)格低廉、加工方便的超微晶合金，有利于干式變壓器技術(shù)指標的實(shí)現。

表1(1)鈷基非晶合金和超微晶合金主要磁性能的比較

鐵芯工作點(diǎn)的選擇往往從鐵芯材料、工作狀態(tài)、工作頻率、輸出功率、絕緣和耐壓等因素考慮。超微晶合金的飽和磁感應強度Bs約為1.2T t，在雙極開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的設計中，鐵芯的較大工作磁感應強度Bm一般可達0.6 ~ 0.7 t，經(jīng)過(guò)特殊處理的鐵芯的Bm可達0.9T.本設計中，由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環(huán)境等原因，較大工作磁感應強度Bm設定為0.6T，而鐵芯結構為無(wú)缺口的矩形鐵芯。與環(huán)形鐵芯相比，這種結構的鐵芯線(xiàn)圈繞制方便，分布參數影響小，鐵芯窗口利用率高，散熱好，系統絕緣可靠，但電磁兼容性差。

1來(lái)源：南京電子科技學(xué)院