01 高頻變壓器

一、問題提出

今天看到一個(gè)短視頻， 視頻作者提出了一個(gè)有趣的問題，?對(duì)于一個(gè)高頻逆變器， 它的線圈匝數(shù)很少， 卻能夠輸出很大的電流。?作為對(duì)比，?他又找到了一個(gè)體積大體相當(dāng)?shù)墓ゎl變壓器。?這個(gè)變壓器的輸入輸出線圈的匝數(shù)非常多。?但輸出的電流卻非常少。?UP主因此提出了一個(gè)問題，?這兩個(gè)變壓器體積差不多， 那么究竟是什么原因造成輸出電流相差這么大呢？?作者從變壓器的工作頻率，線圈匝數(shù)以及磁芯材料三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

▲ 圖1.1 兩個(gè)變壓器對(duì)比

二、初步分析

的確上面三個(gè)因素是相互牽連的， 視頻作者最終將高頻變壓器在匝數(shù)少的情況下能夠輸出大電流的原因，歸結(jié)到磁性材料上。?他認(rèn)為主要因?yàn)楣桎撈拇艑?dǎo)通率小于鐵氧體材料， 所以它輸出電流小。

但是如果查找一下硅鋼片和鐵氧體材料的導(dǎo)磁率，?它們的導(dǎo)磁率分布范圍比較大， 但這兩種材料的導(dǎo)磁率大體上在一個(gè)范圍內(nèi)，?相對(duì)導(dǎo)磁率都可以達(dá)到10000 上下。?那么問題來了， 假設(shè)兩個(gè)變壓器磁芯尺寸相同，?只是繞制的匝數(shù)不同，?為什么匝數(shù)越小的高頻變壓器，?輸出的電流會(huì)更大呢？?這其中的原因還需要從磁芯飽和特性說起。

▲ 圖1.2 理想變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖

三、磁芯飽和

實(shí)際變壓器的磁芯?具有飽和特性，?反映在磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與輸入勵(lì)磁線圈中電流之間的關(guān)系上不是線性關(guān)系。?從而引起輸出電壓與勵(lì)磁電壓之間也不再是線性關(guān)系。?正如這張圖所示， 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過一定數(shù)值之后，?對(duì)應(yīng)的輸出電壓?就會(huì)出現(xiàn)飽和特征。?由此會(huì)使得變壓器不僅輸出電壓波形出現(xiàn)失真，而且勵(lì)磁電流增加，導(dǎo)致變壓器銅損增加。

▲ 圖1.3.1 磁飽和特性

對(duì)于一個(gè)線圈， ?它的長(zhǎng)度為 L，?匝數(shù)為N，?通過電流為 I，? 那么線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為?磁導(dǎo)率 μ 乘以N，除以L，再乘以電流 I。?如果因?yàn)樽儔浩黠柡吞匦韵拗屏舜鸥袘?yīng)強(qiáng)度， ?所以為了提高線圈的電流，? 只能減少線圈的匝數(shù)。

▲ 圖1.3.2 線圈中的磁場(chǎng)強(qiáng)度

在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足變壓器電功率傳輸，?線圈不僅需要輸出電流，還需要輸出電壓。下面給出了變壓器線圈電壓公式， ?在飽和限制了磁芯的磁通量的情況下，?為了輸出額定電壓，?減少了線圈的匝數(shù)，?只能通過提高工作頻率來彌補(bǔ)。

四、總結(jié)

因此高頻變壓器能夠輸出大電流，?除了線圈粗細(xì)原因之外， ?正是因?yàn)樗脑褦?shù)少才能夠輸出大電流。?同樣為了滿足輸出電壓的要求， 工作頻率必須是高頻，?在高頻下， 鐵氧體的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅鋼片。?因此，只有在現(xiàn)代高頻大功率半導(dǎo)體器件加持下， 功率電路才能夠越來越小。

審核編輯：湯梓紅