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关于正激变压器有哪些必须知道的?

时间:08-26 来源:张飞实战电子 点击:

般都是工作在CCM模式

有较大的直流分量,如果要用较大的deltB的话,就需要加入一点气隙以降低剩磁,来平衡直流分量带来的影响,不过这会让励磁电流增大,变压器的铜损增加,开关管的电流应力相应的也会增大。

因为正激的占空比一般都会小于0.5,所以次级续流二极管的导通时间要更长。除开电容的影响,整流二极管跟续流二极管的平均电流应该是一样的。正激很少用在全电压的范围,是因为占空比变化过大吗?是的,占空比的变化太大就会使次级的电感设计变得麻烦。正激有个最小占空比的问题。

下面开始说变压器。第一个需要面对的就是变压器骨架与磁芯的选择,其需要考虑的因素实在太多,我们列举其中一部分来讨论下:

首先用Ap法(磁芯面积乘积法)来计算变压器的AP值:

AP=AW*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)

AW: core之窗口面积. ( cm^2);Ae: core有效截面积 . ( cm^2);Ps :变压器传递视在功率 ( W )   Ps=Po/η+Po  (正激式);ΔB: 磁感应增量  ( T ); fs : 变压器工作频率  ( HZ ); J :  电流密度 ( A ) .根据散热方式不同可取300~1000 A/cm^2;Ku:  磁芯窗口系数. 可取0.2-0.4。

对于上式Ap算法得到的值,跟实际使用的变压器AP值相差较远,所以被人广泛诟病。其实产生误差的根本原因是,上式基本上都是在工程应用中才有优化近似而得到的,所以有些参数是较为理想,而实际使用中很多的参数是变化的,甚至还有些分布参数在"捣乱",所以造成了偏差,在实际使用在还要考虑到余量,所以对于计算得到的Ap值乘上一个1.5-2的系数比较合理。

其实这里的ΔB( 磁感应增量)是个比较重要的物理量,需要大家注意。ΔB表征磁芯的在电源工作时,磁感应强度的变化范围,ΔB=Bmax-Br,Bmax是最大磁感应强度,Br剩余磁感应强度。在输入电压与工作频率不变的前提条件下,对于同一幅磁芯,ΔB取得越大,磁感应强度的变化范围越宽,磁芯的铁损越大,但所需要的匝数就越少,相应的铜损就小。选用磁芯的时候,需要选择饱和磁通密度尽量高,剩余磁通密度尽量小的磁芯,这样可以实现小磁芯出大功率的目的。

得到AP值之后,可能有非常多的变压器都符合需要,这是首先需要考虑结构尺寸的限制,特别是高度与宽度的限制。比如EFD30与EI28的AP值同样都是0.6cm4左右,但EFD30的高度小很多,更适合与扁平化的电源中,而EI28对于紧凑型电源则显得更重要。

其次,从降低漏感与分布电容的角度出发,应该选择骨架宽度较宽的变压器磁芯跟骨架,这样单层绕线的匝数会更多,有利于降低绕线层数,从而降低漏感与分布电容,关于漏感的问题,我们在后面再展开讨论。再次,还要从通用性与经济性的角度来考虑,这是工程设计中无法回避的现实问题。当然还有安规,EMI,温升,绕法等一些问题需要考虑。

计算好匝比之后,一般会综合考虑次级整流管的电压应力,将计算的匝比调整或将匝比取整,接着我们就可以通过匝比来反推电路的真实占空比范围

Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)

Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)

后面的就是要根据真实的占空比范围来计算,这样得到的参数才是比较合理的。接着就可以计算最大与最小的导通时间,

tonmax= Dmax/ fs

tonmin= Dmin/ fs

接着就能计算初级绕组的匝数了

Np =Vin(min) ×tonmax/(ΔB×Ae)

Np:初级绕组的最少匝数

Vin(min):初级绕组的最低输入直流电压

tonmax:初级MOSFET的最大导通时间

ΔB:磁感应强度的变化量,正激类电源根据散热条件,一般可以取0.2-0.3

Ae:所选磁芯的横截面积,一般在磁芯手册上可以查到

接下来计算次级匝数,次级匝数Ns = Np / n,当然得到的数值不一定是整数,一般都是要四舍五入取整数匝,因为小数匝在绕线的时候工艺不好控制。

此时又会带来一个问题,要想保持匝比不变,那么势必要根据四舍五入之后的次级匝数,反过来计算初级的最终匝数,否则占空比就会发生改变, Np= Ns * n

计算的NP如果不是整数的话,也需要近似的取值,当然会带来匝比与占空比的轻微变化,但由于影响较小,所以一般都不需要再次去反推占空比。同样的,确定最终的初级匝数之后,可以反过来推算变压器磁芯的磁感应强度变化范围,验证ΔB是否在合理的范围之内,ΔB=[Vin(min) ×Dmax×Ts] / (Np×Ae)

得到Np之后,就可以计算出复位绕组匝数Nr,并计算出励磁电流以及复位绕组的线径,考虑到MOSFET的电压应力与变压器的可靠复

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