高频隔离变压器的电压和频率应力

　　从国内外电动车辆直流充电电源模块设计来看，高频隔离变压器普遍采用2～3层的绝缘胶带进行初次级的绝缘设计。从国内外标准来看，高频隔离变压器初次级可以满足基本绝缘或加强绝缘的绝缘设计，即满足1.5～3kVac的工频耐压测试。电动车辆直流充电电源模块的不断应用和发展，对高频隔离变压器的绝缘设计提出了更高的要求。

　　高频隔离变压器的电压和频率应力

　　1、高频隔离变压器的电压应力电动车辆高频隔离变压器初次级承受较大的电场，在电场作用下会产生局部放电，局部放电产生臭氧，导致绝缘材料发生臭氧裂解，最终导致绝缘材料性能发生不可逆的电老化。

　　功率较大(如20/30kW)的高频隔离变压器初级或次级，由于电流较大，初级或次级往往采用铜带进行功率传输，导致初次级之间寄生电容较大。为了提高转换效率，开关电源变压器工作频率较高，因此在变压器隔离两端会出现较大的高频共模电压。20kW充电电源模块的某拓扑、某种高频变压器绕制方法下，变压器初次级隔离两端能产生接近1.8kV，200kHz的高频峰值电压。高频隔离变压器在这种高频峰值电压及初次级寄生电容作用下，由导电和缓慢松弛极化引起，使得电介质中的电能将转变为热能，最终可能导致电介质发生击穿。

　　2、高频隔离变压器的频率影响随着开关技术的不断发展，越来越高速的MOS开关应用于电动车辆直流充电电源模块内，这样导致高频隔离变压器两端会承受更高频率的峰值工作电压。

　　频率小于30kHz的频率范围内，频率的变化对绝缘材料的绝缘特性影响较小，按1～4节进行高频隔离变压器的绝缘设计和选型，产品电气安全标准一般按工频耐压来评估高频隔离变压器的绝缘耐受特性。实际情况是目前的高频隔离变压器两端峰值工作电压的频率已远远超过了30kHz。在30kHz以上，绝缘材料的击穿场强与频率关系影响加大，随着频率的提高，绝缘材料的击穿场强降低，在200kHz的频率下，大约降低到工频击穿电压的30%;1MHz的频率下，大约降低到工频击穿电压的10%。

　　3、高频隔离变压器的耐高频高压绝缘防护设计频率较低(小于30kHz)的场合，由于击穿场强衰减较小，一般按工频电压来评估和设计高频隔离变压器的绝缘。但在开关频率较高的场合，需要对高频隔离变压器的绝缘进行特殊的绝缘设计计算，即在高频隔离变压器三层绝缘胶带设计的基础上，加上频率影响因素，决定绝缘绕组之间绝缘胶带的最终设计层数，最终设计的高频隔离变压器初次级绕组之间的绝缘胶带绕制或压制层数大于或等于3层。