變壓器的作用大致是提供初次級(jí)的電氣隔離,，使輸出電壓或升或降,，傳送能量;變壓器設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)電源系統(tǒng)的安規(guī)，EMC,，效率,，溫升，輸出的電氣性能參數(shù),，壽命,，可靠性，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的崩潰,。
升壓的做過(guò),，但經(jīng)驗(yàn)不多，說(shuō)說(shuō)個(gè)人的理解,，不一定對(duì),，權(quán)作參考與討論之用。
升壓變壓器的難點(diǎn),，樓上已經(jīng)指出來(lái)了,，因?yàn)槔@組的圈數(shù)太多，漏感" title="漏感">漏感與分布電容很難兩全其美;這個(gè)時(shí)候我覺(jué)得應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手：
1,、在選擇變壓器的時(shí)候,，如果結(jié)構(gòu)尺寸允許的話，我們盡量選擇高長(zhǎng)型(立式)或窄長(zhǎng)(臥式)型的,，因?yàn)檫@種變壓器單層繞線圈數(shù)多,，可以有效降低繞線的層數(shù)，增加初次級(jí)的耦合,，減小層間電容,。
2、優(yōu)化繞線順序,，使初次級(jí)能增減耦合面積;曾經(jīng)用過(guò)這種繞法：1/3次級(jí)--1/2初級(jí)--1/3次級(jí)--1/2初級(jí)--1/3次級(jí),，結(jié)果表明此種繞法漏感可以小很多。
當(dāng)然這種變壓器繞制工藝稍顯復(fù)雜,，成本稍高,，但還是可以接受。
3,、層間電容大家都知道,，每層之間加黃膠帶,，便可減少層間電容。
當(dāng)然這些措施都是在考慮安規(guī)與EMC的情況下,，做出的改進(jìn);對(duì)于升壓電源,，漏感與層間電容如果處理不好很容易引起振蕩，使電源的EMC不好過(guò),，效率不高,，有時(shí)會(huì)莫名其妙的炸MOS管(我實(shí)際碰到過(guò)的情況)。
我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損,，先來(lái)說(shuō)說(shuō)鐵損吧,。
變壓器的鐵損包括三個(gè)方面：
一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過(guò)變壓器時(shí),，通過(guò)變壓器磁芯" title="磁芯">磁芯的磁力線其方向和大小隨之變化,，使得磁芯內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能,，從而損耗了一部分電能,，這便是磁滯損耗。
二是渦流損耗,，當(dāng)變壓器工作時(shí),。磁芯中有磁力線穿過(guò)，在與磁力線垂直的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流,，且成旋渦狀，故稱為渦流,。渦流的存在使磁芯發(fā)熱，消耗能量,，這種損耗稱為渦流損耗,。
三是剩余損耗，在磁芯磁化或反磁化的過(guò)程中,，磁化狀態(tài)并不是隨磁化強(qiáng)度變化而立即變化,，有個(gè)滯后時(shí)間，滯后效應(yīng)便是引起剩余損耗的原因,。
從鐵損包含的三個(gè)個(gè)方面的定義上看,，只要控制磁力線的大小便可降低磁滯損耗，減少磁芯與磁力線垂直的面積可以減少渦流損耗,。
趙老師在《開(kāi)關(guān)電源中磁性元器件》一書(shū)中指出：
由上面的話可以看出,，在磁芯材質(zhì)與形狀，體積等都確定的情況下,，變壓器的鐵損與變壓器的工作頻率以及磁感應(yīng)強(qiáng)度擺幅deltB成正比,。
磁滯在低場(chǎng)下可以不予考慮,，渦流在低頻下也可忽略，剩下的就是剩余損耗,。在磁感應(yīng)強(qiáng)度較高或工作頻率較高時(shí),，各種損耗互相影響難于分開(kāi)。故在涉及磁損耗大小時(shí),，應(yīng)注明工作頻率f以及對(duì)應(yīng)的Bm值,。但在低頻弱場(chǎng)下，可用三者的代數(shù)和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr,。式中tanδh tanδf tanδr分別為：磁滯損耗角正切,，渦流損耗角正切，剩余損耗角正切,。各種損耗隨頻率的變化關(guān)系如圖,。
由圖可見(jiàn)，剩余損耗和B的大小無(wú)關(guān),，但隨頻率增大而增大,。而磁滯損耗隨B的增加增大，渦流損耗則和頻率成線性變化,。了解了這些就可知：在正激和橋式電源中,，磁芯損耗著重考慮渦流損耗。在反激變壓器和儲(chǔ)能電感中,，既要考慮渦流損耗又要考慮磁滯損耗,，尤其是DCM方式工作的電源，磁滯損耗是第一位的,。所以可以確定,，做電源時(shí)第一點(diǎn)就是根據(jù)電源的工作頻率選取相應(yīng)的磁芯材料。
下面我們開(kāi)始來(lái)討論下變壓器的銅損,。
變壓器的銅損即變壓器繞組的損耗,，包含直流損耗與交流損耗。
直流損耗主要是因?yàn)槔@變壓器的銅漆包線,，對(duì)通過(guò)它的電流有一定的阻抗(Rdc)而引起的損耗,。此電流指的是各個(gè)繞組電流波形的有效值。直流損耗跟電流大小的平方成正比,。
相對(duì)來(lái)說(shuō),，交流損耗就復(fù)雜得多，包含繞組的趨膚效應(yīng),，臨近效應(yīng)引起的損耗,，同樣還包括各次諧波引起的損耗。
先說(shuō)直流阻抗,，形成原因上面說(shuō)了,。下面我們來(lái)分析怎樣減少直流損耗
首先,，給出直流損耗計(jì)算公式：Pdc=(Irms)^2*Rdc
由上面的公式可見(jiàn)，對(duì)于電流有效值一定的情況下,，只要降低繞組的直流等效電阻就可以降低繞組的直流損耗,。
我們知道繞組的電阻與材質(zhì)，長(zhǎng)度,，截面積甚至溫度(關(guān)系很小)等有關(guān),，那么我們就可以采用如下方法來(lái)降低繞組的直流損耗：
1、采用電阻率小的導(dǎo)體來(lái)繞制變壓器,，一般采用銅漆包線,，盡量不用銅包鋁漆包線或鋁漆包線
2、在變壓器窗口面積允許的情況下,，盡量用大一點(diǎn)的等效截面積的漆包線(單根線不要超出穿透深度,，后面會(huì)分析)
3、適當(dāng)減少繞組的匝數(shù)(會(huì)增加鐵損),，慎用
先來(lái)看看集膚效應(yīng)的定義：
集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng),，是指導(dǎo)體通過(guò)交流電流時(shí)，在導(dǎo)體截面中,，存在邊緣部分電流密度大,，中心部分電流密度小的現(xiàn)象。
肌膚效應(yīng)產(chǎn)生的原理比較復(fù)雜,，簡(jiǎn)單的表述為：
如上圖,，設(shè)流過(guò)導(dǎo)體的電流為i，方向如圖,。根據(jù)右手法則,， 則要產(chǎn)生m.m.f的磁場(chǎng)，并垂直電流方向,，如圖的八個(gè)小圓圈就是進(jìn)入與離開(kāi)道題的磁力線,。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)，磁力線通過(guò)導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生渦流,，方向如圖中8個(gè)小圓圈周圍的大圓圈方向所示。
由圖可知,，渦流的方向加強(qiáng)了導(dǎo)體邊緣電流,，抵消了導(dǎo)體中心的電流，這便是集膚效應(yīng)產(chǎn)生的原理,。
關(guān)于集膚效應(yīng),，趙修科老師在《開(kāi)關(guān)電源中的磁性元件》一書(shū)中有過(guò)詳細(xì)的論述
在這里再引入一個(gè)名詞：穿透深度
定義：當(dāng)導(dǎo)通流過(guò)高頻電流時(shí)，由于趨膚效應(yīng)導(dǎo)致電流從導(dǎo)通表層流過(guò),，此表層的厚度稱為穿透深度或趨膚深度,，用“Δ”表示
需要說(shuō)明的是穿透深度指的是導(dǎo)體的半徑,。
穿透深度跟工作溫度，導(dǎo)體的電阻率,，導(dǎo)體的相對(duì)磁導(dǎo)率以及頻率等因素有關(guān)
其計(jì)算公式為
Δ=65.5/√f(mm) 20℃
Δ=76.5/√f(mm) 100℃
公式我就不推導(dǎo)了,，有興趣可以參閱相關(guān)資料。
由上面的公式不難看出,，工作頻率越高,，導(dǎo)線的穿透深度就越低，所以廣大工程師在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候,，一定要考慮頻率對(duì)導(dǎo)線的穿透深度影響,。
電流減少，但電流的方向還是不變的,，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向還是不變的
這里只是解釋了集膚效應(yīng)產(chǎn)生的原理,，所以沒(méi)有提頻率的影響，我是這樣理解的：頻率越高,，那么電流變化率越大,，就意味著產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，也就是說(shuō)產(chǎn)生的渦流對(duì)中心的電流阻礙作用就越大,，所以就有了一個(gè)穿透深度的問(wèn)題
下面來(lái)看臨近效應(yīng)
定義：
當(dāng)兩個(gè)相鄰導(dǎo)體流過(guò)方向相反的電流時(shí),，相互之間會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，而磁動(dòng)勢(shì)在對(duì)方的導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生渦流,，此渦流導(dǎo)致導(dǎo)體相互靠近的地方電流加強(qiáng),，而相互遠(yuǎn)離的地方電流減弱。
由上圖可知,，臨近效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)體有部分流過(guò)的電流小甚至不流過(guò)電流,，而有一部分流過(guò)的電流則很大，這個(gè)會(huì)引起很大的熱損耗,，在導(dǎo)線較粗的情況下尤為明顯,。
實(shí)踐證明，臨近效應(yīng)跟繞線的層數(shù)密切相關(guān),，臨近效應(yīng)隨繞線層數(shù)的增加呈指數(shù)規(guī)律增加
關(guān)于臨近效應(yīng)的產(chǎn)生原理,，趙修科老師有非常詳細(xì)與精彩的分析
磁性元件的設(shè)計(jì)中存在太多的不確定因素，比如同樣的繞制工藝要求,，不同廠家做出來(lái)的會(huì)有小小的差異,，還有磁芯材質(zhì)的差異，因?yàn)椴皇敲總€(gè)工廠都用得起TDK的磁芯,，所以,，我認(rèn)為設(shè)計(jì)是需要豐富的經(jīng)驗(yàn)加上實(shí)際的調(diào)試來(lái)確定最終參數(shù)。
我一般都是線大概計(jì)算下參數(shù)，然后在實(shí)際中調(diào)試,，最終確定的參數(shù)主要是看調(diào)試的效果,。