高频电子变压器基础知识详解

高频电子变压器就是工作频率高的电子变压器，一般工作频率高于20kHz。 准确的定义，就是工作频率高的电子变压器，一般工作频率高于20kHz，就是高频。 高频电子变压器的定义是非常明确的，只不过被国内一部分专家发表的一些见解误导了。下面为了还高频电子变压器的本来面目，有必要弄清变压器、电子变压器、高频电子变压器的概念，以便消除那些误解。 首先，弄清什么是变压器？以电磁感应原理工作的变压器，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（或信号），电气绝缘隔离的作用。 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工作电源的变压器。那种把直流电压作工作电源的说法，是把直流变交流的逆变器，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，变压器就可以工作，而不一定要有磁芯，例如，工作频率为MHz级的电子变压器，就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。 变压器不论工作频率高低，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、结构、尺寸和工作频率有关。如果传输的能量为定值，工作频率高，在一定时间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，结构尺寸小。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）方式改变变压器传输能量和电压大小，只是一种外加控制方法，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控制后，高频变压器和低频变压器传输能量方式有差异，高频变压器和低频变压器改变电压的方式有差异的说法，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使用的变压器。如果把范围扩大一些，包括所有电子电路和电子设备中使用的变压器、电感器、互感器等电磁元件。电子并不只限于功率电子（国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，电子变压器虽然区别于电力变压器，但是并不区别于射频信号变压器，也不只限于“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看成功率变压器，难免会画地为牢。所以，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，对电子变压器工作频率的高、中、低划分有一个通行的说法，即工作频率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为界限？因为，20kHz是声频上限，超过它就听不见可闻噪声。所以，工作频率超过20kHz，从20kHz起到MHz级、GHz级是高频。那种把“应用频率范围从几十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，并不因为适用的功率不同，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。 整体结构 为适应电子设备愈来愈轻薄短小，高频电子变压器一个主要发展方向是从立体结构向平面结构、片式结构、薄膜结构发展，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结构的发展，不但形成新的磁芯结构和线圈结构，采用新的材料，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，除了要研究各种新结构的电磁场分布，如何达到最佳的优化设计，还要研究多层结构的各种问题。在生产工艺方面，要研究各种新的加工方法，从而保证性能的一致性和实现加工工艺的机械化和自动化等。 在MHz级高频电子变压器中，愈来愈多的应用领域采用空心变压器。探讨空心变压器的结构、设计方法、制造工艺和应用特点也是其研究和发展方向。另外，压电变压器等新工作原理的高频电子变压器的研究也是发展方向，经过近十年的研究开发，压电变压器已经在一些领域中得到了实际应用。 采用计算机对整体结构方案进行优化和具体设计，是现在各种电子器件的主要发展方向之一，当然也是高频电子变压器的一个主要发展方向。这样可以缩短设计时间，减少材料用量，缩短生产周期，降低成本。 磁芯材料和结构 磁芯在采用软磁材料，以电磁感应原理工作的高频电子变压器中是最关键的部件。磁芯材料的主要发展方向是降低损耗，加宽使用的温度范围和降低成本。磁芯结构的主要发展方向是如何形成形状和尺寸最佳（对电磁性能、散热、用量和成本等参数）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发，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使用的主要磁芯材料，发展方向是开发性能更好的新品种和降低成本的新工艺。在材料新品种方面，日本TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料PC95，在25℃～120℃温度范围内损耗都小于350mW/cm3（在100kHz×200mT条件下）。在80℃时损耗最小，为280mW/cm3。25℃时Bs为540mT，100℃时，Bs为420mT。还开发出高温高饱和磁密材料PE33，居里点Tc>290℃，在100℃下，Bs为450mT。在100℃，100kHz×200mT条件下，Pc≤1100mW/cm3，日本FDK公司，德国EPCOS公司、Ferrocube公司也开发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，μi为30000左右。抗电磁干扰电感器用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左右。高磁导率高饱和磁密材料DN50，在25℃时Bs为550mT，在100℃时Bs为380mT，μi为5200左右，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，其原理是利用反应物内部的化学能来合成材料。整个工艺极