電源高頻變壓器的設計要求：以設計原則為出發點，可以對電源高頻變壓器提出4項設計要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。

一、使用條件

使用條件包括兩方面內容：可靠性和電磁兼容性。

可靠性是指在具體的使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對高頻電源變壓器影響最大的是環境溫度。有些軟磁材料，居里點比較低，對溫度敏感。例如：錳鋅軟磁鐵氧體，居里點只有215℃，其磁通密度，磁導率和損耗都隨溫度發生變化，故除正常溫度25℃外，還要給出60℃，80℃，100℃時的各種參考數據。

因此，將錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的工作溫度限制在100℃以下，也就是環境溫度為40℃時，溫升只允許低于60℃，相當于A級絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件，一般都采用E級和B級絕緣材料，采用H級絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜，成本增加，是不是因為H級絕緣的高頻電源變壓器優化的設計方案，可以使體積減少1/2～1/3的緣故？本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器，如次級繞組采用三重絕緣線，能把體積減小1/2～1/3。

電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產生對外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括音頻噪聲和高頻噪聲。高頻電源高頻電源變壓器產生電磁干擾的主要原因還有磁芯之間的吸力和繞組導線之間的斥力。這些力的變化頻率與高頻電源變壓器的工作頻率一致。因此，工作頻率為100kHz左右的高頻電源變壓器，沒有特殊原因是不會產生20kHz以下音頻噪聲的。10W以下單片開關電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz～20kHz，一定有其原因。由高頻電源變壓器本身產生的可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。

屏蔽是防止電磁干擾，增加電源高頻變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源變壓器的電磁干擾傳播，在設計磁芯結構和設計繞組結構也應當采取相應的措施，只加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，因為它只能阻止輻射干擾，不能阻止傳導干擾。

二、完成功能

高頻電源變壓器完成功能有3個：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。

第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產生磁通變化，使副繞組感應電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值ΔB=Bm-Br。為了提高ΔB，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+Bm變化到-Bm，或者從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值ΔB=2Bm，為了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導率有關。

第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變為磁能儲存起來，然后通過去磁使副繞組感應電壓，變成電能釋放給負載。傳送功率決定于電感磁芯儲能，而儲能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導率有關，磁導率高，電感量大，儲能多，而不直接與磁通密度有關。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數不一樣，但是在高頻電源變壓器設計中，磁芯的材料和參數的選擇仍然是設計的一個主要內容。電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數比來完成。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數比，只要不改變匝數比，就不影響電壓變換。

但是，繞組匝數與高頻電源變壓器的漏感有關。漏感大小與原繞組匝數的平方成正比。“對于一符合絕緣及安全標準的高頻變壓器，其漏感量應為次級開路時初級電感量的1%～3%：“在很多技術單上，標注著漏感=1%的磁化電感或漏感《2%的磁化電感等類似的技術要求。電源設計者應當根據電路正常工作要求，對所能接受的漏感值作一個數值限制。在制作變壓器的過程中，應在不使變壓器的其他參數（如匝間電容等）變差的情況下盡可能減小漏感值。就是盡可能減小漏感值。

因為漏感值大，儲存的能量也大，在電源開關過程中突然釋放，會產生尖峰電壓，增加開關器件承受的電壓峰值，對絕緣不利，也產生附加損耗和電磁干擾。絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結構來完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會引起局部短路。這樣，匝數有下限，使漏感也有下限。總之，在電源高頻變壓器絕緣結構和總體結構設計中，要統籌考慮漏感和絕緣強度問題。

三、提高效率

提高效率是對電源和電子設備的普遍要求。提高高頻電源變壓器效率，可以節約電力。又具有環境保護的雙重社會經濟效益。因此，提高效率是高頻電源變壓器一個主要的設計要求，一般效率要提高到95%以上，損耗要減少到5%以下。高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關心變壓器的鐵損和銅損的比例。這個比例是隨變壓器的工作頻率發生變化的。如果變壓器的外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數越多，銅損越大。

因此在50Hz工頻下，銅損遠遠超過鐵損。例如：50Hz，100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，銅損為鐵損的5倍左右。50Hz，100kVASH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損的20倍左右。隨著工作頻率升高，繞組匝數減少，雖然由于趨表效應和鄰近效應存在而使繞組損耗增加，但是總的趨勢是銅損隨著工作頻率升高而下降。而鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗，隨著工作頻率升高而迅速增大。

在某一段工作頻率，有可能出現銅損和鐵損相等的情況，超過這一段工作頻率，鐵損就大于銅損。造成鐵損不等于銅損的原因。導線粗細的選擇，雖然受趨表效應影響，但主要由高頻電源變壓器的傳送功率來決定，與工作頻率不存在直接關系。而且，選用非常細的漆包線作為繞組，反而會增加銅損，延緩銅損的下降趨勢。說不定在設計選定的工作頻率下，還有可能出現銅損等于鐵損的情況。中小功率高頻電源變壓器的工作頻率在100kHz左右，鐵損已經大于銅損，而成為高頻電源變壓器損耗的主要部分。

正因為鐵損是高頻電源變壓器損耗的主要部分，因此根據鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設計的一個主要內容。鐵損也成為評價軟磁芯材料的一個主要參數。鐵損與磁芯的工作磁通密度工作頻率有關，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須說明在什么工作磁通密度下和在什么工作頻率下損耗。用符號表示時，也必須標明PB/f〔式中工作磁通密度B的單位是T（特斯拉），工作頻率f的單位是Hz（赫芝）〕。

例如，P0.5/400表示工作磁通密度為0.5T，工作頻率為400Hz時的損耗。又例如，P0.1/100k表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為100kHz時的損耗。鐵損還與工作溫度有關，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須指明它的工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對溫度變化比較敏感，在產品說明書中都要列出25℃至100℃的鐵損。軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是鐵損限制了工作磁通密度的上限。

所以，在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標準中，把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積B×f，作為材料的性能因子，并說明在性能因子條件下允許的損耗值。新的分類標準根據性能因子把軟磁鐵氧體材料分為PW1，PW2，PW3，PW4，PW5等5類，性能因子越高的，工作頻率越高，極限頻率也越高。例如，PW3類軟磁鐵氧體材料，工作頻率為100kHz，極限頻率為300kHz，性能因子B×f為10000mT×kHz，即在100mT（0.1T）和100kHz下，100℃時損耗a級≤300kW/m（300mW/cm3），b級≤150kW/m3（150mW/cm3）。

在某一段工作頻率下，電源高頻變壓器的繞組損耗（銅損）與鐵損相接近時，例如，銅損/鐵損=100%～25%范圍內，銅損也不能忽視，也應當考慮采取措施來減少銅損。由于原繞組和副繞組承擔的功率相近，往往在設計中取原繞組的銅損等于副繞組的銅損，以便簡化設計計算過程，不能只強調依溫升來設計高頻電源變壓器，由于熱阻不容易準確確定，設計計算相當麻煩。

因此，為了簡化計算，有時根據經驗預先推薦一些原則和數據是必要的。同樣，為了簡化計算，對不同工作頻率，不同功率的高頻電源變壓器推薦不同的繞組電流密度，也是必要的，但不限于某一個電流密度值，例如，2A/mm2～3A/mm2。應當看到：實現高頻電源變壓器設計要求的方法并不限于一種，應當進行多種多樣的探索。

四、降低成本

降低成本是高頻電源變壓器的一個主要設計要求，有時甚至是決定性的要求。高頻電源變壓器作為一種產品，和其他商品一樣，都面臨著市場競爭。競爭的內容包括性能和成本兩個方面，缺一不可。不注意降低成本，往往會在競爭中被淘汰。高頻電源變壓器的成本包括材料成本，制造成本和管理成本。設計是高頻電源變壓器降低成本的主要手段。

高頻電源變壓器所用的材料和零部件的貴*和數量的多少？是否方便采購？是否要備有多少庫存量？磁芯，線圈和總體結構的加工和裝配工藝復雜還是簡單？需要人工占的比例多大（實現生產過程的機械化和自動化，可以減少人工工時，更能保證產品的一致性和質量）？是否需要工模具？質量控制中需要檢測的工序和參數：哪些參數要在加工過程中檢測？哪些參數要在出廠試驗中檢測（出廠試驗的參數應選擇能決定性能的關鍵參數，數量不要多，以便能即時判斷產品質量。）？哪些參數要在型式試驗中檢測？要用什么檢測儀器和設備，價格如何？等等，都是由設計來決定的。

因此，高頻電源變壓器的設計者除了要了解高頻電源變壓器的理論和設計方法而外，還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能和價格，各種電磁線的性能和價格，各種絕緣材料的性能和價格;還要了解磁芯加工熱處理工藝，線圈繞制和絕緣處理工藝及變壓器組裝工藝;還要了解實現質量控制的檢測參數和儀器設備;還要了解生產管理的基本知識以及高頻電源變壓器的市場動態等等。

只有知識全面的設計者，才能設計出性能好，成本低的高頻電源變壓器產品。降低成本是促進高頻電源變壓器技術發展的一種推動力。為什么輕、薄、短、小成為高頻電源變壓器的發展方向？原因之一是這樣既能降低材料成本，又能降低制造成本。

提高工作頻率，可以使高頻電源變壓器的重量和體積下降。但是，要克服高頻帶來的負面影響，必須采用新的軟磁材料和導電材料并增加抑制高頻電磁干擾的措施，因此，對具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟選用多高的工作頻率？要在綜合考慮性能和總體成本后決定。提高效率，降低損耗發生的熱量，可以減少高頻電源變壓器散熱的表面積，從而使體積和重量下降。但是，降低損耗必須采用新材料和新工藝。因此，對具體使用條件下的電源高頻變壓器究竟達到多高的效率？也要在綜合考慮性能和總體成本后決定。

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