变压器设计中几个基本概念

一般书上在讨论隔离性的拓扑结构时，变压器一般都当作一种理想的变压元器件在进行讨论， 实际设计变压器时需要弄明白几个基本的概念之后进行设计：
1， 变压器的漏感：
提到变压器的漏感，相信大家都比较讨厌它，为什么呢？1.
因为它的存在导致我们的功率元器件在关段的时候出现很大的尖峰，我们需要花很大力气去采用有损吸收或者无损吸收来吸收掉它，进而带来电源整机效率的下降
2.因为漏感的存在，导致副边实际的电压较通过计算从原边映射到副边的计算值要小，为了得到需要的输出电压，只有通过增加占空比来提升副边实际得到的电压量，这也就时我们常常听到的占空比丢失（实际占空比与计算占空比的差）。
既然大家这么讨厌它，那么如何减小它呢（消除漏感是不可能的了）。要回答这个问题，我们首先需要对漏感如何产生的有个很清楚的了解：
漏感：顾名思义就时漏掉的感，感的形成是有磁通产生的，那么漏感就时漏掉的磁通产生的，变压器的磁通返回的路径主要两种：一种是磁芯本身，另外一种就时空气，磁通通过磁芯本身返回的是我们需要的，通过空气返回的磁通是我们不需要的。我们把通过空气返回的磁通形成的感才称为漏感。既然是这样，那么我们就可以说漏感的产生与变压器采用什么样的材质没有什么关系了，主要是与变压器的形状和变压器线圈的绕制方式有关，
这样如何减小漏感，那我们所能考虑的方向只能是改变变压器的形状或者改变线圈的绕制方式。
2， 变压器的饱和：
变压器的饱和是如何发生的呢？相信大家都会知道，变压器饱和是因为通过磁芯的磁通密度超过了磁芯自身允许的值，才出现了变压器的饱和，进而导致磁芯磁导率从一个比较高的值下降为近似1的状态。
提到变压器的饱和，我们首先要关注的是变压器的磁材的特点：
变压器的磁材目前主要有以下几种：硅钢片（低频或工频变压器选用），铁氧体（Mn-Zn 或者,Ni-Zn），铁粉芯，MPP
铁氧体和硅钢片的饱和磁通密度比较固定，其只与温度有关，温度越高，饱和磁通密度越小，在设计的时候需要关注其高温下是否发生饱和。

对与MPP而言，其磁导率的变化是随着你的磁通的变化而逐渐变化的，严格的讲，对于MPP而言不存在饱和，只是磁导率的逐渐下降，导致你所需要的感量逐渐降低而影响你的工作罢了，所以在设计时，需要核算你的最大电流的条件下你的电感感值以及在此感值下，电路的工作状态是否发生了变化。
3.磁芯材料的居里温度
居里温度是指：磁芯超过这个温度，磁芯将会退磁，磁导率将会出现不可逆的减小。
相信大家对这个参数都不会怎么去关心，主要时这个温度很高，如果变压器达到这个温度，我们所使用的bobbin会发生融化，所采用的线的绝缘性能将会下降。但是如果我们采用环型磁芯时一般都不会使用bobbin,如果你这个时候选用了高温的绝缘线，那么居里温度还是可能会达到了，所以在选用环形磁芯时勿忘测试下磁芯在最恶劣条件下的温度。
4.变压器的磁损：
变压器的磁损主要与变化的磁通密度，温度，工作频率和材料本身有关系，直流磁通是不会产生损耗的。一般厂商所提供的损耗计算公式中的频率时其所加的正弦波的频率，在我们的开关电源中（除了谐振电源）一般不会是交流电流输入，所以在计算式我们需要将实际电流的工作频率进行等效或者做傅里叶变换来求损耗。
5.
变压器绕组的集肤效应：
相信很多人都是听说过集肤效应的，集肤效应带来的后果就时流过绕组的电流都沿着绕线的表面来运行，因为此则会带来绕组的铜损的增加。为此很多朋友很快为想到为了减小集肤效应带来的铜损增加的影响，我们会采用多股litz线并绕的方式来予以改善，但是我们是否想过我们一定需要用litz线来代替单股线吗？
这里我们来举个例子：
如果我们的工作频率为250KHz,通过计算我们需要选择28#的线来绕制，
[注1]：28# wire的 裸线半径为：0.0063 inch.
依据常用的计算集肤深度的计算公式：

通过计算可以得到，我们选择的28#线的半径大于了此频率下的集肤深度。为此带来通过电流的等效横截面积为：

如果我们选择比集肤深度小的两股31#的litz线
【注2】：单根31#的Litz线的裸线半径为：0.0046 inch
其小于我们计算的集肤深度，其能通过全部的电流，所以其通过电流的横截面积为：

将其与单跟28#线相比，其等效的横截面积增加了越10%，也就是说其等效的阻抗减少了10%，这个减小其实对与我们的同损耗而言并不算大，但是我们看看我们选择这两种线的所需要占用的空间来看：
单根28#线外部的绝缘层的0.1064mm^2,31#litz的绝缘层所占用的面积为0.1114
则单根28#线占的总的空间为：0.1064+0.0806=0.187mm^2
两股31#litz线所站空的空间为：0.1114+0.0858=0.197mm^2
比较两种线所占用的空间litz线会超过10%的空间，这里还不计算 litz线中线与线之间绞合所产生的空隙面积，因为面积上的增加可能会导致我们在追求减小损耗的同时出现绕线绕不下的风险，进而需要选用更大的磁芯，增加我们的PCB的占用面积。所以请各位在选择是比较核算下。