如上所述 , 作者对高频电源变压器的设计原则、要求和程序不存在错误概念 , 而是在2003年7月初 , 阅读《电源技术应用》2003年第6期特别推荐的2篇高频磁性元件设计文章后 , 产生了疑虑 , 感到有些问题值得进一步商讨 , 因此才动笔写本文 。正如《电源技术应用》主编寄语所说的那样:“具体地分析具体情况” , 写的目的 , 是尝试把最难详细说明和选择的磁性元件之一的高频电源变压器的设计问题弄清楚 。如有说得不对的地方 , 敬请几位作者和广大读者指正 。
2 高频电源变压器的设计原则
高频电源变压器作为一种产品 , 自然带有商品的属性 , 因此高频电源变压器的设计原则和其他商品一样 , 是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好 。有时可能偏重性能和效率 , 有时可能偏重价格和成本 。现在 , 轻、薄、短、小 , 成为高频电源的发展方向 , 是强调降低成本 。其中成为一大难点的高频电源变压器 , 更需要在这方面下功夫 。所以在高频电源变压器的“设计要点”一文中 , 只谈性能 , 不谈成本 , 不能不说是一大缺憾 , 如果能认真考虑一下高频电源变压器的设计原则 , 追求更好的性能价格比 , 传送不到10VA的单片开关电源高频变压器 , 应当设计出更轻、薄、短、小的方案来 。不谈成本 , 市场的价值规律是无情的!许多性能好的产品 , 往往由于价格不能为市场接受而遭冷落和淘汰 。往往一种新产品最后被成本否决 。一些“节能不节钱”的产品为什么在市场上推广不开值得大家深思 。
产品成本 , 不但包括材料成本 , 生产成本 , 还包括研发成本 , 设计成本 。因此 , 为了节约时间 , 根据以往的经验 , 对高频电源变压器的铁损铜损比例、漏感与激磁电感比例原边和副边绕组损耗比例、电流密度提供一些参考数据 , 对窗口填充程度、绕组导线和结构推荐一些方案 , 有什么不好?为什么一定要按步就班的来回进行推算和仿真 , 才不是概念错误?作者曾在 20世纪80年代中开发高频磁放大器式开关电源 , 以温升最低为条件 , 对高频电源变压器进行过优化设计 。由于热阻难以确定 , 结果与试制样品相差甚远 , 不得不再次修正 。现在有些公司的磁芯产品说明书中 , 为了缩短用户设计高频电源变压器的时间 , 有的列出简化的设计公式 , 有的用表列出磁芯在某种工作频率下的传送功率 。这种既为用户着想 , 又推广公司产品的双赢行为 , 是完全符合市场规律的行为 , 决不是什么需要辨析的错误概念 。问题是提供的参考数据 , 推荐的方案是否是经验的总结?有没有普遍性?包括“辨析”一文中提出的一些说法 , 都需要经过实践检验 , 才能站得住脚 。
总之 , 千万记住:高频电源变压器是一种产品(即商品) , 设计原则是在具体的使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好 。检验设计的唯一标准是设计出的产品能否经受住市场的考验 。
3 高频电源变压器的设计要求
以设计原则为出发点 , 可以对高频电源变压器提出四项设计要求:使用条件 , 完成功能 , 提高效率 , 降低成本 。
3.1 使用条件
使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性 。以前只注意可靠性 , 现在由于环境保护意识增强 , 必须注意电磁兼容性 。
可靠性是指在具体的使用条件下 , 高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止 。一般使用条件对高频电源变压器影响最大的是环境温度 。有些软磁材料 , 居里点比较低 , 对温度敏感 。例如锰锌软磁铁氧体 , 居里点只有215℃ , 磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化 , 除正常温度25℃而外 , 还要给出60℃、80℃、 100℃时的各种参考数据 。因此 , 锰锌软磁铁氧体磁芯的温度限制在100℃以下 , 也就是环境温度为40℃时 , 温升只允许低于60℃ , 相当于A级绝缘材料温度 。与锰锌软磁铁氧体磁芯相配套的电磁线和绝缘件 , 一般都采用E级和B级绝缘材料 , 采用H级绝缘的三重绝缘电磁线和聚酰胺薄膜 , 是不是大材小用?成本增加多少?是不是因为H级绝缘的高频电源变压器优化的设计方案 , 可以使体积减少1/2~1/3的缘故?如果是 , 请举具体实例数据 。作者曾开发H级绝缘工频 50Hz10kVA干式变压器 , 与B级绝缘工频50Hz 10kVA干式变压器相比 , 体积减小15%到20% , 已经相当可观了 。本来体积就比较小的高频100kHz10VA高频电源变压器 , 如次级绕组采用三重绝缘线 , 能把体积减小1/2~1/3 , 那一定是很宝贵的经验 。请有关作者详细介绍优化设计方案 , 以便广大读者学习 。
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