很多電源工程師對開關(guān)電源中高頻磁性組件的設(shè)計存在錯誤的概念，其設(shè)計出來的高頻磁性組件不能滿足應(yīng)用場合的要求，影響了研發(fā)的進度和項目的按期完成?；陂_關(guān)電源及高頻磁性組件設(shè)計相關(guān)經(jīng)驗，對一些概念性錯誤進行了辨析，希望能給大家供應(yīng)借鑒，順利完成高頻磁性組件的設(shè)計以及整個項目的研制。

引言

開關(guān)電源中高頻磁性組件的設(shè)計關(guān)于電路的正常工作和各項性能指針的實現(xiàn)非常關(guān)鍵。加之高頻磁性組件設(shè)計包括很多細節(jié)知識點，而這些細節(jié)內(nèi)容很難被一本或幾本所謂的“設(shè)計大全”一一羅列清楚[1－3]。為了優(yōu)化設(shè)計高頻磁性組件，必須根據(jù)應(yīng)用場合，綜合考慮多個設(shè)計變量，反復(fù)計算調(diào)整。正由于此，高頻磁性組件設(shè)計一直是令初涉電源領(lǐng)域的設(shè)計人員頭疼的難題，乃至是困擾有多年工作相關(guān)經(jīng)驗的電源工程師的問題。

很多文獻及相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)給出的磁性組件設(shè)計方法或公式往往直接忽略了某些設(shè)計變量的影響，作了假設(shè)簡化后得出一套公式；或者并未交代清楚公式的應(yīng)用條件，甚至有些文獻所傳達的信息本身就不正確。很多電源設(shè)計者并沒有意識到這一點，直接套用設(shè)計手冊中的公式，或把設(shè)計手冊中某些話斷章取義，尊為“設(shè)計綱領(lǐng)”，而沒有進行透徹的分析和思考，以及實驗的驗證。其結(jié)果往往是設(shè)計出來的高頻磁性組件不能滿足應(yīng)用場合的要求，影響了研發(fā)的進度和項目的按期完成。為了使電源設(shè)計者在設(shè)計過程中，防止犯同樣的錯誤，為此，我們針對在學(xué)習(xí)和研發(fā)中遇到的一些概念性的問題進行了總結(jié)，希望能給大家供應(yīng)一個借鑒。

一些錯誤概念的辨析這里以小標(biāo)題形式給出開關(guān)電源高頻磁性組件設(shè)計中8種常見的錯誤概念，并加以詳細的辨析。

1）填滿磁芯窗口——優(yōu)化的設(shè)計很多電源設(shè)計人員認為在高頻磁性組件設(shè)計中，填滿磁芯窗口可以獲得最優(yōu)設(shè)計，其實不然。在多例高頻變壓器和電感的設(shè)計中，我們可以發(fā)現(xiàn)多新增一層或幾層繞組，或采用更大線徑的漆包線，不但不能獲得優(yōu)化的效果，反而會因為繞線中的鄰近效應(yīng)而增大繞組總損耗。因此在高頻磁性組件設(shè)計中，即使繞線沒把鐵芯窗口繞滿，只繞滿了窗口面積的25％，也沒有關(guān)系。不必非得想法設(shè)法填滿整個窗口面積。

這種錯誤概念重要是受工頻磁性組件設(shè)計的影響。在工頻變壓器設(shè)計中，強調(diào)鐵芯和繞組的整體性，因而不希望鐵芯與繞組中間有間隙，一般都設(shè)計成繞組填滿整個窗口，從而保證其機械穩(wěn)定性。但高頻磁性組件設(shè)計并沒有這個要求。

2）“鐵損=銅損”——優(yōu)化的變壓器設(shè)計很多電源設(shè)計者，甚至在很多磁性組件設(shè)計參考書中都把“鐵損=銅損”列為高頻變壓器優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)之一，其實不然。在高頻變壓器的設(shè)計中，鐵損和銅損可以相差較大，有時兩者差別甚至可以達到一個數(shù)量級之大，但這并不代表該高頻變壓器設(shè)計不好[4]。這種錯誤概念也是受工頻變壓器設(shè)計的影響。

工頻變壓器往往因為繞組匝數(shù)較多，所占面積較大，因而從熱穩(wěn)定、熱均勻角度出發(fā)，得出“鐵損=銅損”這一相關(guān)經(jīng)驗設(shè)計規(guī)則。但關(guān)于高頻變壓器，采用非常細的漆包線作為繞組，這一相關(guān)經(jīng)驗法則并不成立。在開關(guān)電源高頻變壓器設(shè)計中，確定優(yōu)化設(shè)計有很多因素，而“鐵損=銅損”其實是最少受關(guān)注的一個方面。

3）漏感=1％的磁化電感很多電源設(shè)計者在設(shè)計好磁性組件后，把相關(guān)的技術(shù)要求提交給變壓器制作廠家時，往往要對漏感大小要求進行說明。在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著“漏感=1％的磁化電感”或“漏感<2％的磁化電感”等類似的技術(shù)要求。其實這種寫法或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很不專業(yè)。

電源設(shè)計者應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路正常工作要求,對所能接受的漏感值作一個數(shù)值限制。在制作變壓器的過程中，應(yīng)在不使變壓器的其它參數(shù)（如匝間電容等）變差的情況下盡可能地減小漏感值，而非給出漏感與磁化電感的比例關(guān)系作為技術(shù)要求。因為漏感與磁化電感的關(guān)系隨變壓器有無氣隙變化很大。無氣隙時，漏感可能小于磁化電感的0.1％,而在有氣隙時，即使變壓器繞組耦合得很緊密，漏感與磁化電感的比例關(guān)系卻可能達到10％[5]。

因此，不要把漏感與磁化電感的比例關(guān)系作為變壓器設(shè)計指針供應(yīng)給磁性組件生產(chǎn)商。否則，這將表明你不理解漏感知識或并不真正關(guān)心實際的漏感值。正確的做法是規(guī)定清楚可以接受的漏感絕對數(shù)值，當(dāng)然可以加上或減去一定的比例，這個比例的典型值為20％。

4）漏感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)系有些電源設(shè)計者認為，給繞組加上磁芯，會使繞組耦合更緊密，可降低繞組間的漏感；也有些電源設(shè)計者認為，繞組加上磁芯后，磁芯會與繞組間的場相互耦合，可新增漏感量。

而事實是，在開關(guān)電源設(shè)計中，兩個同軸繞組變壓器的漏感與有無磁芯存在并無關(guān)系。這一結(jié)果可能令人無法理解，這是因為，一種相對磁導(dǎo)率為幾千的材料靠近線圈后，對漏感的影響很小。通過幾百組變壓器的實測結(jié)果表明，有無磁芯存在，漏感變化值基本上不會超過10％，很多變化只有2％左右。

5）變壓器繞組電流密度的優(yōu)化值為2A/mm2～3.1A/mm2很多電源設(shè)計者在設(shè)計高頻磁性組件時，往往把繞組中的電流密度大小視為優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。其實優(yōu)化設(shè)計與繞組電流密度大小并沒有關(guān)系。真正有關(guān)系的是繞組中有多少損耗，以及散熱措施是否足夠保證溫升在允許的范圍之內(nèi)。

我們可以設(shè)想一下開關(guān)電源中散熱措施的兩種極限情況。當(dāng)散熱分別采用液浸和真空時，繞線中相應(yīng)的電流密度會相差較大。在開關(guān)電源的實際研制中，我們并不關(guān)心電流密度是多大，而關(guān)心的只是線包有多熱？溫升是否可以接受？這種錯誤概念，是設(shè)計人員為了防止繁瑣的反復(fù)試算，而人為所加的限制，來簡化變量數(shù)，從而簡化計算過程，但這一簡化并未說明應(yīng)用條件。

6）原邊繞組損耗=副邊繞組損耗”——優(yōu)化的變壓器設(shè)計很多電源設(shè)計者認為優(yōu)化的變壓器設(shè)計對應(yīng)著變壓器的原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相等。甚至在很多磁性組件的設(shè)計書中也把此作為一個優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。其實這并非什么優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在某些情況下變壓器的鐵損和銅損可能相近。但假如原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相差較大也沒有多大關(guān)系。必須再次強調(diào)的是，關(guān)于高頻磁性組件設(shè)計我們所關(guān)心的是在所使用的散熱方式下，繞組有多熱？原邊繞組損耗=副邊繞組損耗只是工頻變壓器設(shè)計的一種相關(guān)經(jīng)驗規(guī)則。

7）繞組直徑小于穿透深度——高頻損耗就會很小繞組直徑小于穿透深度并不能代表就沒有很大的高頻損耗。假如變壓器繞組中有很多層，即使繞線采用線徑比穿透深度細得多的漆包線，也可能會因為有很強的鄰近效應(yīng)而出現(xiàn)很大的高頻損耗。因此在考慮繞組損耗時，不能僅僅從漆包線的粗細來判斷損耗大小，要綜合考慮整個繞組結(jié)構(gòu)的安排，包括繞組繞制方式、繞組層數(shù)、繞線粗細等。

8）正激式電路中變壓器的開路諧振頻率必須比開關(guān)頻率高得多很多電源設(shè)計人員在設(shè)計和檢測變壓器時認為變壓器的開路諧振頻率必須比變換器的開關(guān)頻率高得多。其實不然，變壓器的開路諧振頻率與開關(guān)頻率的大小并無關(guān)系。我們可以設(shè)想一下極限情況：關(guān)于理想磁芯，其電感量無窮大，但也會有一個相對很小的匝間電容，其諧振頻率近似為零，比開關(guān)頻率小得多。真正與電路有關(guān)系的是變壓器的短路諧振頻率。一般情況下，變壓器的短路諧振頻率都應(yīng)當(dāng)在開關(guān)頻率的兩個數(shù)量級以上。

結(jié)語

為了使電源設(shè)計者在電源設(shè)計過程中，少犯同樣的錯誤，就我們在開關(guān)電源的研發(fā)中遇到的一些與高頻磁性組件設(shè)計相關(guān)的概念性問題進行了總結(jié)，希望能起到拋磚引玉的用途。