高頻電子變壓器及其發(fā)展方向【一】 - 無圖版
ex360 --- 2016-01-05 17:33:06
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1、高頻電子變壓器
什么是高頻電子變壓器？有一個準確的定義，就是工作頻率高的電子變壓器，一般工作頻率高于20kHz，就是高頻。但是讀了雜志發(fā)表的幾位專業(yè)人士的意見后，把本來明確的高頻電子變壓器的概念，弄得糊涂了。如其中一位專業(yè)人士說：“行業(yè)內沒有人準確下定義，也沒有人做過學術的整合，因此，至今也沒有一個準確的定義”。其實，高頻電子變壓器的定義是非常明確的，只不過被雜志上所發(fā)表的一些見解誤導了。下面為了還高頻電子變壓器的本來面目，有必要弄清變壓器、電子變壓器、高頻電子變壓器的概念，以便消除那些誤解。
首先，弄清什么是變壓器？以電磁感應原理工作的變壓器，是指在線圈原邊繞組加交變電壓，產生交變磁通，在副邊繞組感生輸出電壓，從而起到傳輸能量，變換電壓(或信號)，電氣絕緣隔離的作用。
要產生電磁感應，原邊繞組必須加交變電壓，不可能有直流電壓作工作電源的變壓器。那種把直流電壓作工作電源的說法，是把直流變交流的逆變器，或者變頻電源包括在變壓器的范圍內的一種誤解。
只要有電磁感應存在，變壓器就可以工作，而不一定要有磁芯，例如，工作頻率為MHz級的電子變壓器，就是由印刷電路板制作的空心變壓器。那種把高頻電子變壓器說成是“用在具有變頻電路中的磁性變壓器件”的說法，屬于既把變頻電路包括在變壓器范圍內，又認為變壓器一定要有磁芯的雙重誤解。
變壓器不論工作頻率高低，都是通過電磁感應來傳輸能量的。傳輸能量的大小，與變壓器所用的材料、結構、尺寸和工作頻率有關。如果傳輸?shù)哪芰繛槎ㄖ�，工作頻率高，在一定時間內傳輸能量的次數(shù)多，每一次傳輸?shù)哪芰靠梢陨�，則變壓器用的材料少，結構尺寸小。那種認為變壓器傳輸能量有限，要用高頻來增加傳輸能量的說法，是一種本末倒置的誤解。用脈寬調制(PWM)方式改變變壓器傳輸能量和電壓大小，只是一種外加控制方法，不單高頻變壓器可以用，低頻變壓器也可以用。那種認為有PWM控制后，高頻變壓器和低頻變壓器傳輸能量方式有差異，高頻變壓器和低頻變壓器改變電壓的方式有差異的說法，也是一種誤解。
其次，弄清什么是電子變壓器？電子變壓器是在電子電路和電子設備中使用的變壓器。如果把范圍擴大一些，包括所有電子電路和電子設備中使用的變壓器、電感器、互感器等電磁元件。電子并不只限于功率電子(國內更通用的術語是電力電子)，還包括工業(yè)電子、信息電子、無線電子和微電子，電子變壓器雖然區(qū)別于電力變壓器，但是并不區(qū)別于射頻信號變壓器，也不只限于“開關功率變換器電路中的功率變壓器”。功率變壓器只是電子變壓器中的一種。如果把電子變壓器只看成功率變壓器，難免會畫地為牢。雜志專題特寫中有位專業(yè)人士發(fā)表的有關電感器的內容，豈不是自己否定自己嗎？所以，把電子只限于功率電子，把電子變壓器只限于功率變壓器的說法是一種誤解。
再其次，弄清什么是高頻電子變壓器？現(xiàn)在，對電子變壓器工作頻率的高、中、低劃分有一個通行的說法，即工作頻率50Hz或60Hz叫工頻，或者在它以下的叫低頻;60Hz至20kHz叫中頻， 400Hz是中頻，而不是工頻;20kHz以上叫高頻。為什么選20kHz為界限？因為，20kHz是聲頻上限，超過它就聽不見可聞噪聲。所以，工作頻率超過20kHz，從20kHz起到MHz級、GHz級是高頻。那種把“應用頻率范圍從幾十kHz到幾兆kHz的”電子變壓器的提法，有兩個誤解：一個是20kHz，不同于幾十kHz。一個是幾GHz，不是幾兆kHz。工作頻率幾GHz的開關功率變換電路中的功率變壓器。
高頻中還可以劃分成較高頻(20kHz～ 50kHz)、中高頻(50kHz～200kHz)、高頻(200kHz～1MHz)、超高頻(1MHz以上)，但都屬于高頻，并不因為適用的功率不同，而對高頻有不同的理解。那種對不同功率下，高頻有不同范圍的說法，是一種誤解。
2、高頻電子變壓器的發(fā)展方向
高頻電子變壓器的最大特點就是高頻化。從變壓器的工作原理來看，提高工作頻率，可以減少變壓器的體積和重量，也就是實現(xiàn)短小輕薄化，從而提高單位體積(或重量)傳輸功率，也就是高功率密度化。這些都是高頻電子變壓器本身固有的特點和直接帶來的結果，而不能簡單地把高頻化、短小輕薄化、高功率密度化，作為高頻電子變壓器的發(fā)展方向。如果提幾個“化”的口號，就能“對電子變壓器行業(yè)有極大的指導意義”，豈不是太容易了嗎？應當從高頻化給電子變壓器帶來一系列問題，通過解決這些問題，從而提高性能降低成本，也就是追求最好的性能價格比為出發(fā)點，提出比較詳細的發(fā)展方向，才可能對行業(yè)有一定的指導意義。
2.1整體結構
為適應電子設備愈來愈輕薄短小，高頻電子變壓器一個主要發(fā)展方向是從立體結構向平面結構、片式結構、薄膜結構發(fā)展，從而形成一代又一代的新的高頻電子變壓器：平面變壓器、片式變壓器、薄膜變壓器。高頻電子變壓器的整體結構的發(fā)展，不但形成新的磁芯結構和線圈結構，采用新的材料，而且對設計方面和生產工藝方面也帶來新的發(fā)展方向。在設計方面，除了要研究各種新結構的電磁場分布，如何達到最佳的優(yōu)化設計，還要研究多層結構的各種問題。在生產工藝方面，要研究各種新的加工方法，從而保證性能的一致性和實現(xiàn)加工工藝的機械化和自動化等。
在MHz級高頻電子變壓器中，愈來愈多的應用領域采用空心變壓器。探討空心變壓器的結構、設計方法、制造工藝和應用特點也是其研究和發(fā)展方向。另外，壓電變壓器等新工作原理的高頻電子變壓器的研究也是發(fā)展方向，經過近十年的研究開發(fā)，壓電變壓器已經在一些領域中得到了實際應用。
采用計算機對整體結構方案進行優(yōu)化和具體設計，是現(xiàn)在各種電子器件的主要發(fā)展方向之一，當然也是高頻電子變壓器的一個主要發(fā)展方向。這樣可以縮短設計時間，減少材料用量，縮短生產周期，降低成本。
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