高頻變壓器是在高頻環(huán)境下工作的變壓器。這里的高頻，一般是指 kHz 級(jí)及以上。它有體積小、效率高、功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，在變頻器中作用很關(guān)鍵。變頻器的主要功能，是把固定頻率的交流電，變成頻率和電壓都能調(diào)的交流電。這樣就能讓電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它里面有整流、濾波、逆變這些部分。高頻變壓器主要用在隔離、電壓轉(zhuǎn)換、輔助供電這些地方。

一、主要應(yīng)用場(chǎng)景

1. 電氣隔離變頻器工作時(shí)，主功率回路（強(qiáng)電）和控制回路（弱電）之間，輸入電網(wǎng)和負(fù)載（電機(jī)）之間，可能會(huì)有共模干擾、電位差這些問題。高頻變壓器的一個(gè)作用，就是實(shí)現(xiàn)電氣隔離。這樣能保證設(shè)備安全，讓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。主回路和控制回路需要隔離。變頻器的控制電路，像 MCU、傳感器、IGBT 驅(qū)動(dòng)電路這些，不能和高壓主回路直接連在一起。高壓主回路包括整流后的直流母線、逆變輸出端。不隔離的話，強(qiáng)電可能會(huì)干擾弱電信號(hào)，也可能因?yàn)榻拥毓收希芽刂齐娐放獕?。高頻變壓器是通過電磁感應(yīng)來傳遞能量的，原邊和副邊沒有直接的電氣連接，能有效切斷共模干擾的路徑。電網(wǎng)和負(fù)載有時(shí)也需要隔離。在醫(yī)療設(shè)備、精密機(jī)床這些對(duì)安全性要求很高的地方，變頻器要和電網(wǎng)或者電機(jī)隔離開。比如防止漏電，減少接地環(huán)流。這時(shí)候用高頻變壓器就很好，它能代替體積很大的工頻隔離變壓器，在高頻下高效實(shí)現(xiàn)隔離。

2. 電壓轉(zhuǎn)換變頻器的輸入電壓，可能是 220V、380V 這些。而電機(jī)的額定電壓，可能是 110V、660V 這些。兩者可能不匹配。另外，有時(shí)候需要適配不同電壓等級(jí)的負(fù)載。這時(shí)候，高頻變壓器就能高效地實(shí)現(xiàn)電壓變換。比如，輸入電網(wǎng)是 380V 的變頻器，要驅(qū)動(dòng) 110V 的電機(jī)。高頻變壓器可以把整流后的直流母線電壓（大概 540V），通過高頻逆變后降低電壓，再經(jīng)過整流、逆變，輸出給電機(jī)。這樣能避免電機(jī)因?yàn)殡妷哼^高而損壞。有些變頻器需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)不同電壓等級(jí)的負(fù)載，像輔助電機(jī)、傳感器這些。高頻變壓器可以設(shè)計(jì)成多副邊繞組，一次就能輸出多路不同的電壓，讓電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。

3. 輔助電源供給變頻器內(nèi)部的控制電路，像 MCU、IGBT 驅(qū)動(dòng)芯片、散熱風(fēng)扇這些，需要低壓直流電源。常見的有 5V、12V、24V。高頻變壓器是輔助電源模塊里的重要部件。它的工作過程是這樣的：從主直流母線取電后，通過高頻逆變電路，比如半橋、全橋拓?fù)溥@些，把直流電變成高頻交流電。然后經(jīng)過高頻變壓器變壓，再通過整流濾波電路，輸出穩(wěn)定的低壓直流電，給控制回路供電。和工頻變壓器比，高頻變壓器的工作頻率一般在 20kHz-200kHz。它能大大減小鐵芯的體積，因?yàn)橛昧髓F氧體、納米晶這些高頻磁芯材料。這樣輔助電源模塊的重量和損耗也會(huì)降低，符合變頻器小型化、高效化的需求。

二、高頻變壓器的優(yōu)勢(shì)和工頻變壓器

（50/60Hz）相比，高頻變壓器用在變頻器里，有這些重要優(yōu)勢(shì)：體積小、重量輕。在高頻情況下，磁芯的磁通密度利用率更高。同樣的功率，高頻變壓器的體積和重量，能降到工頻變壓器的 1/10 到 1/5。這樣能節(jié)省變頻器內(nèi)部的空間。效率高。

高頻開關(guān)器件，像 IGBT、MOSFET 這些，損耗比較低。再加上用了高頻磁芯材料，比如鐵氧體，它們的磁滯損耗也小。所以高頻變壓器的效率能達(dá)到 95% 以上，比工頻變壓器高。工頻變壓器的效率一般在 85%-90%。響應(yīng)速度快。高頻變壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，是微秒級(jí)的。它能快速適應(yīng)變頻器的動(dòng)態(tài)負(fù)載變化，比如電機(jī)加速、減速時(shí)的電流波動(dòng)。

三、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

高頻變壓器用在變頻器里，設(shè)計(jì)時(shí)要針對(duì)高頻特性進(jìn)行優(yōu)化：

要控制損耗。在高頻下，繞組的集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)會(huì)讓銅損增加。解決辦法是用多股細(xì)導(dǎo)線（利茲線）或者薄銅帶繞制。磁芯要選高頻損耗低的材料，像 PC40 鐵氧體、納米晶合金這些。要考慮電磁兼容（EMC）。高頻開關(guān)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾（EMI）。可以在變壓器外部加屏蔽層，比如銅箔。還要優(yōu)化繞組的繞向，比如用交錯(cuò)繞法，減少漏磁輻射。

絕緣設(shè)計(jì)很重要。原邊和副邊要滿足高壓隔離的要求，比如變頻器主回路電壓可能達(dá)到幾百伏。這時(shí)候要選用耐高壓的絕緣材料，像聚酰亞胺薄膜。同時(shí)，要保證足夠的爬電距離。