高频电子变压器根本常识详解

准确的定义，便是事情频率高的电子变压器，一样平常事情频率高于20kHz，便是高频。

高频电子变压器的定义是非常明确的，只不过被海内一部分专家揭橥的一些见地误导了。
下面为了还高频电子变压器的本来面孔，有必要弄清变压器、电子变压器、高频电子变压器的观点，以便肃清那些误解。

首先，弄清什么是变压器？以电磁感应事理事情的变压器，是指在线圈原边绕组加交变电压，产生交变磁通，在副边绕组感生输出电压，从而起到传输能量，变换电压（或旗子暗记），电气绝缘隔离的浸染。

要产生电磁感应，原边绕组必须加交变电压，不可能有直流电压作事情电源的变压器。
那种把直流电压作事情电源的说法，是把直流变互换的逆变器，或者变频电源包括在变压器的范围内的一种误解。

只要有电磁感应存在，变压器就可以事情，而不一定要有磁芯，例如，事情频率为MHz级的电子变压器，便是由印刷电路板制作的空心变压器。
那种把高频电子变压器说成是“用在具有变频电路中的磁性变压器件”的说法，属于既把变频电路包括在变压器范围内，又认为变压器一定要有磁芯的双重误解。

变压器不论事情频率高低，都是通过电磁感应来传输能量的。
传输能量的大小，与变压器所用的材料、构造、尺寸和事情频率有关。
如果传输的能量为定值，事情频率高，在一定韶光内传输能量的次数多，每一次传输的能量可以少，则变压器用的材料少，构造尺寸小。
那种认为变压器传输能量有限，要用高频来增加传输能量的说法，是一种本末倒置的误解。
用脉宽调制（PWM）办法改变变压器传输能量和电压大小，只是一种外加掌握方法，不单高频变压器可以用，低频变压器也可以用。
那种认为有PWM掌握后，高频变压器和低频变压器传输能量办法有差异，高频变压器和低频变压器改变电压的办法有差异的说法，也是一种误解。

其次，弄清什么是电子变压器？电子变压器是在电子电路和电子设备中利用的变压器。
如果把范围扩大一些，包括所有电子电路和电子设备中利用的变压器、电感器、互感器等电磁元件。
电子并不但限于功率电子（海内更通用的术语是电力电子），还包括工业电子、信息电子、无线电子和微电子，电子变压器虽然差异于电力变压器，但是并不差异于射频旗子暗记变压器，也不但限于“开关功率变换器电路中的功率变压器”。
功率变压器只是电子变压器中的一种。
如果把电子变压器只算作功率变压器，难免会画地为牢。
以是，把电子只限于功率电子，把电子变压器只限于功率变压器的说法是一种误解。

再次，弄清什么是高频电子变压器？现在，对电子变压器事情频率的高、中、低划分有一个通畅的说法，即事情频率50Hz或60Hz叫工频，或者在它以下的叫低频；60Hz至20kHz叫中频，400Hz是中频，而不是工频；20kHz以上叫高频。
为什么选20kHz为界线？由于，20kHz是声频上限，超过它就听不见可闻噪声。
以是，事情频率超过20kHz，从20kHz起到MHz级、GHz级是高频。
那种把“运用频率范围从几十kHz到几兆kHz的”电子变压器的提法，有两个误解：一个是20kHz，不同于几十kHz。
一个是几GHz，不是几兆kHz（注：请按规范的词头，不能自己乱造）。

高频中还可以划分成较高频（20kHz～50kHz）、中高频（50kHz～200kHz）、高频（200kHz～1MHz）、超高频（1MHz以上），但都属于高频，并不由于适用的功率不同，而对高频有不同的理解。
那种对不同功率下，高频有不同范围的说法，是一种误解。

整体构造

为适应电子设备愈来愈轻薄短小，高频电子变压器一个紧张发展方向是从立体构造向平面构造、片式构造、薄膜构造发展，从而形成一代又一代的新的高频电子变压器：平面变压器、片式变压器、薄膜变压器。
高频电子变压器的整体构造的发展，不但形成新的磁芯构造和线圈构造，采取新的材料，而且对设计方面和生产工艺方面也带来新的发展方向。
在设计方面，除了要研究各种新构造的电磁场分布，如何达到最佳的优化设计，还要研究多层构造的各种问题。
在生产工艺方面，要研究各种新的加工方法，从而担保性能的同等性和实现加工工艺的机器化和自动化等。

在MHz级高频电子变压器中，愈来愈多的运用领域采取空心变压器。
磋商空心变压器的构造、设计方法、制造工艺和运用特点也是其研究和发展方向。
其余，压电变压器等新事情事理的高频电子变压器的研究也是发展方向，经由近十年的研究开拓，压电变压器已经在一些领域中得到了实际运用。

采取打算机对整体构造方案进行优化和详细设计，是现在各种电子器件的紧张发展方向之一，当然也是高频电子变压器的一个紧张发展方向。
这样可以缩短设计韶光，减少材料用量，缩短生产周期，降落本钱。

磁芯材料和构造

磁芯在采取软磁材料，以电磁感应事理事情的高频电子变压器中是最关键的部件。
磁芯材料的紧张发展方向是降落损耗，加宽利用的温度范围和降落本钱。
磁芯构造的紧张发展方向是如何形成形状和尺寸最佳（对电磁性能、散热、用量和本钱等参数）的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。

现在各种软磁材料，都在不断地改进和开拓，以竞争高频电子变压器的市场。

软磁铁氧体是现在高频电子变压器利用的紧张磁芯材料，发展方向是开拓性能更好的新品种和降落本钱的新工艺。
在材料新品种方面，日本TDK公司在2003年开拓出宽温低损耗材料PC95，在25℃～120℃温度范围内损耗都小于350mW/cm3（在100kHz200mT条件下）。
在80℃时损耗最小，为280mW/cm3。
25℃时Bs为540mT，100℃时，Bs为420mT。
还开拓出高温高饱和磁密材料PE33，居里点Tc>290℃，在100℃下，Bs为450mT。
在100℃，100kHz200mT条件下，Pc≤1100mW/cm3，日本FDK公司，德国EPCOS公司、Ferrocube公司也开拓出类似的高温高饱和磁密材料。

高磁导率材料也有许多新品种，如TDK公司的脉冲变压器用H5C5，i为30000旁边。
抗电磁滋扰电感器用HS10，同时具有良好的频率特性和阻抗特性，在500kHz仍具有较高磁导率，虽然初始磁导率不高，只有10000旁边。
高磁导率高饱和磁密材料DN50，在25℃时Bs为550mT，在100℃时Bs为380mT，i为5200旁边，居里温度Tc≥210℃。

在新工艺方面，自蔓延高温合成法（SHS）是近年来的研究热点，其事理是利用反应物内部的化学能来合成材料。
全体工艺极为大略，能耗低，生产效率与产品纯度高，对环境无污染，已经成功合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn铁氧体，正在实现家当化。
火花等离子烧结法（SPS），可以成功地制成多层MnZn铁氧体和坡莫合金复合软磁材料磁芯，同时具有MnZn铁氧体的高频低损耗特性和坡莫合金的高磁导率高饱和磁密特性，这种复合软磁材料磁芯，将使高频电子变压器的性能明显地提高。
其他工艺如自燃烧合成法、快速燃烧合成法、水热合成法、新型水热合成法、机器合金法、微波烧结等，近年来均开展了大量研究，都符合提高性能和降落本钱的发展方向。

由于软磁铁氧体的饱和磁密低，在20kHz～100kHz的较高频范围内，性能价格比的上风不如100kHz以上的高频范围那样明显，其他几种软磁材料在20kHz～100kHz的较高频范围内，与软磁铁氧体展开激烈的竞争。
各种软磁材料都有各自的特点，因此，如何在详细的高频电子变压器产品中，充分发挥各种软磁材料的优点以达到更好的性能价格比，是高频电子变压器所用的软磁材料的发展方向。

硅钢的特点是饱和磁密高，性能稳定，价格较低，近年来发展了一系列高频用硅钢，包括超薄带硅钢、6.5%硅钢、梯度硅钢和含铬的硅钢。
特殊是含铬的硅钢已经用于25kHz和70kHz的电子变压器中。
现在硅钢利用的事情频率已达到325kHz。

高磁导坡莫合金的特点是磁导率高，环境适应性好，但是价格贵，近年来发展的坡莫合金超薄带，利用的事情频率已超过1MHz，在分外哀求的地方和军工设备中利用。
钴基非晶合金是现有软磁材料中高频损耗最低的一种材料，价格贵，但是，在200kHz以上的高频中利用，磁芯重量小，价格成分不突出，目前在200kHz和1MHz的高频电子变压器中大量利用。

软磁复合股料现在成为高频电子变压器用磁芯材料的一大发展方向，它与传统的软磁铁氧体和软磁合金比较，其磁性金属粒子或者薄膜，可以分布在非导体和其他材料中，使高频损耗明显降落，提高了事情频率。
同时，其加工工艺既可采取热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技能，注塑成繁芜形状的磁芯，具有密度小、重量轻、生产效率高、本钱低，产品重复性和同等性好等特点。
还可以采取不同的配比，改变磁性。
上面已先容软磁铁氧体和坡莫合金组成的复合股料的例子，现在已开拓出事情频率10kHz以上的软磁复合股料粉芯，在高频用滤波电感器中可代替软磁铁氧体。

根据高频电子变压器整体构造的发展哀求，磁芯构造的发展方向是平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。
平面磁芯以前有的是用原来的软磁铁氧体磁芯进行改造，现在已有专门用于平面变压器的各种低高度软磁铁氧体磁芯。
将来还可能开拓出各种低高度软磁复合股料磁芯。
片式变压器的磁芯除了将平面磁芯进一步压缩而外，也有采取共烧法制造的片式磁芯。
薄膜磁芯和磁性材料是现在高频电子变压器最生动的发展方向之一，将成为MHz以上高频电子变压器的紧张磁芯材料和构造，有可能将薄膜电子变压器的高度做到1mm以下，可以装入各种卡片内。
海内已建立几个中央在大力研究。
现在希望能把材料开拓，电子变压器制造和运用单位联合起来，尽快把海内开拓出的薄膜软磁材料变成电子信息产品中的高频电子变压器磁芯，形成海内有自主知识产权的薄膜变压器，作者正在努力匆匆成这项事情。

图2

线圈材料和构造

随着高频电子变压器整体构造的发展，线圈构造紧张的发展方向是平面线圈，片式线圈和薄膜线圈，个中又包括多层构造。
各种线圈构造的材料选用，也有一些新发展。

立体构造的高频变压器线圈，导线材料由于考虑集肤效应和临近效应，采取多股绞线（里兹线），有时也采取扁铜线和铜带。
绝缘材料采取耐热等级高的材料，以便提高许可温升和缩小线圈体积，采取双层和三层绝缘导线，可以减少线圈尺寸。
举一个例子，最近，海内开拓出以纳米技能把云母泳涂在铜线上的C级绝缘电磁线，已经在工频电机和变压器中运用，取得良好的效果，估计在高频电子变压器中也会得到运用。

平面构造线圈，导线采取铜箔，大多数采取单层和多层印刷电路板制造，也有采取一定图形的铜箔，多个折叠而成的。
绝缘材料一样平常采取B级材料。

薄膜构造线圈，导线采取铜、银和金薄膜，制成梳形、螺旋形、运动场形等图形，绝缘材料采取H级和C级材料。
也有采取多层构造的，或者是几个多层线圈组合起来，或者是几个线圈和几个磁芯交叉重叠而成。
总之，薄膜变压器是现在正在大力开拓的高频电子变压器，许多构造并不定型，大概，还会涌现许多新的线圈构造。

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