正激,反激式开关电源变压器的设计

正激变换器磁性元件的设计
正激变换器磁性元件除了变压器外,还有一个电感器,即扼流圈。一般的资料上都是从变压器开始算起的,但本人认为应该从电感器开始算起比较好,这样比较明了,思维可以比较清楚。因为正激变换器起源于BUCK变换器,而BUCK变换器,其功率的心脏是储能电感,因此,正激变换器的功率心脏是扼流圈,而不是变压器,变压器只有负责变电压,并没有其它的功能,功率传输靠得是电感。当然一般书上从变压器算起,也未尝不可,但这样算,思路不是很明确,也不容易让读者理解。下面我演示一下我的算法,希望对读者能有所帮助。电感器的设计
首先,以滤波电感为研究对象,进行研究。在一个周期中,开关管开通的时候,滤波电感两端被加上一个电压,其电流不是突变的,而是线性的上升的,有公式I=V*TON/L,这几项分别表示电感电流的增量,输入电压,开通时间,电感量。而这个电压是变压器副边放出的。在开关管关断的时候,电感器以一个恒定的电压放电,其电流即会线性的下降,同样遵守这个公式,即I=V o*TOFF/L,一个周期中,放电电流等于充电电流,所以上两式相等,再用1-D代替TOFF,D代替TON,于是从上两式中得到V o=V*D。画出电感两端的电压电流波形如下图。
电感两端电压电流波形
上有电流波形,下为电压波形。所以,我设计的第一步就是确定这个原边电流的波形。
第一步,确定电感充电电压值。首先,确定开关管开通的时候,加在电感器两端的电压V,这个电压由设计者自己设定,选定这个电压后,最大占空比D即确定了。
第二步,设定电感电流的脉动值IR,不妨自己把电感电流的曲线图画出来,大概和上面的相似。然后再选定一个脉动电流的值,即上升了的电流或是下降的电流的值。因为输出功率和输出电压是已知的,那么平均电流值IO就是知道的。
第三步,根据上面的条件,确定这个电流的波形。要确定这个波形,要知道其峰值IP吧,上面的条件已经足够求出这个峰值了,有方程式IR/2+(IP-IR)=IO,解出IP=IO+IR/2
第四步,设定电感量。根据原边电流的波形,算出电感量小CASE,L=V*TON/IR。这个公式理解吧,就和上面那个一样的,不要说不理解啊。
第五步,确定此电流的效值IRMS,这一步用来确定线径。注意,确定线径用的是有效值,
而不是平均值。这个电流波形的有效值公式是:IRMS=IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉+IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)(1-D)〉。这个公式推导需要积分比较繁难,我就不讲了,大家记着用就可以了。算出了电流值后,就可以确定线径了,要使有效值电流密度到四安每平方毫米到十安每平方毫米之间,这一点很重要,大家要切记啊。
以上几步,就完成了电感器的设计,并且以上几步,确定了一些重要的参数,这些参数将是下一步变压器设计的基础。
高频变压器的设计
总说:正激变压器和反激变压器是大的区别就是正激变压器是不要开气隙的,要求其电感量尽量大。正激变压器原边也有电流,但这个电流不是其自己通过输入电压储存来的,而是从副边电感上感应过来的,知道了这一点,正激变压器就好设计了。
第一步,确定原边匝数。;当然首先自己要选一款磁芯啦.设原边输入最低电压是VS,导通时间用TON表示,还要自己设定一个磁芯振幅,一般我是取0.2到0.25T,因为正激变压器是不需直流分量的,所以相比反激而言这个值可以取大些,原边匝数NP=VS*TON/AE*B,其中AE是磁芯截面积.
rna干扰第二步,确定副边匝数,因为在开关管开通的时候,副边要以V的电压放电,而这个V值,上面已经在设定开关管占空比的时候确定了,所以副边匝数NS=NP*V/VS
第三步,画出原边电流波形,算出原边电流波形的效值,从而确定线径.如下图所示,因为电流波形是从副边感应过来的,其波形就是电感电流波形开关管导通的那一部分.
这个电流的波形的峰值就是电感电流峰值除以匝数比,这个会算吧,于是这个电流波形的有效值=(IP*V/VS)* 根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D>然后根据这个电流值去选线,电流密度同上.
第四步,确定副边电流的波形,求出副边电流波形的有效值来.副边电流的波形就是开关管开通时候电感电流的那一部分,这个波形和原边电流的波形相似,因为原边电流的波形就是由这个感应过去的,我就不画了,其有效值= IP*根号下的〈(KRP的平方/3-KRP+1)*D〉。依此去选线.
第五步,确定自馈电绕组,一般其和原边同名端相反,利用磁复位放出电压感应出电压来,我是这样做的,还有一些其它的方案,各位高手自已研究吧.
以上就是我设计正激变换器磁性元件的全过程,一环扣一环,紧密相连,我认为思路还是比较清楚的,避免了烦杂的公式,化难为易,望同行们提点意见.
反激式开关电源变压器的设计
反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我算变压器的方法。
算变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入85V到265V,输出5V,2A 的电源,开关频率是100KHZ。
第一步就是选定原边感应电压VOR,这个值是由自己来设定的,这个值就决定
了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压,是这样的,这要从下面看起,慢慢的来,
这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,来分析一下一个工作周期,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的蚕豆剥壳机
I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压,开关开通时间,和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的I=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压,即放电电压,开关管关断时间,和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流的值会回到原来,不可能会变,所以,有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,,上升了的,等于下降了的,懂吗,好懂吧,上式中可以用D来代替TON,用1-D来代替TOOF,移项可得,D=VOR/(VOR+VS)。此即是最大占空比了。比如说我设计的这个,我选定感应电压为80V,VS为90V ,则D=80/(*80+90)=0.47加密系统
上运动神经元第二步,确实原边电流波形的参数.
原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值,这个值是这样算的,电流平均值=输出功率/效率*VS,
外腔半导体激光器因为输出功率乘以效率就是输入功率,然后输入功率再除以输入电压就是输入电流,这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值,尖峰值是多少呢,这个我们自己还要设定一个参数,这个参数就是KRP,所谓KRP,就是指最大脉动电流和
峰值电流的比值这个比值下图分别是最大脉动电流和峰值电流。是在0和1之间的。这个值很重要。已知了KRP,现在要解方程了,都会解方程吧,这是初一的应用题啊,我来解一下,已知这个波形一个周期的面积等于电流平均值*1,这个波形的面积等于,峰值电流*KRP*D+峰值电流*(1-KRP)*D,所以有电流平均值等于上式,解出来峰值电流=电流平均值/(1-0.5KRP)*D。比如说我这个输出是10W,设定效率是0.8.则输入的平均电流就是10/0.8*90=0.138A,我设定KRP的值是0.6而最大值=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.
第三个电流参数,就是这个电流的有效值,电流有效值和平均值是不一样的,有效值的定义还记得吗,就是说把这个电流加在一个电阻上,若是其发热和另处一个直流电流加在这个电阻上发热效果一样的话,那么这个电流的有效值就等于这个直流的电流值.所以这个电流的有效值不等于其平均值,一般比其平均值要大.而且同样的平均值,可以对应很多个有效值,若是把KRP的值选得越大,有效值就会越大,有效值还和占空比D也有关系,总之.它这个电流波形的形状是息息相关的.我就直接给出有效值的电流公式,这个公式要用积分才能推得出来,我就不推了,只要大家区分开来有效值和平均值就可以了.
电流有效值=电流峰值*根号下的D*(KRP的平方/3-KRP+1)如我现在这个,电流有效值=0.419*根号下0.47*(0.36/3-0.6+1)=0.20A.所以对应于相同的功率,也就是有相同的输入电流时,其有效值和这些参数是有关的,适当的调整参数,使有效值最小,发热也就最小,损耗小.这便优化了设计.
第三步,开始设计变压器准备工作.已知了开关频率是100KHZ则开关周期就是10
微秒了,占空比是0.47.那么TON就是4.7微秒了.记好这两个数,对下面有用.
第四步,选定变压器磁芯,这个就是凭经验了,如果你不会选,就估一个,计算就行了,若拟合度
是不行,可以再换一个大一点的或是小一点的,不过有的资料上有如何根据功率去选磁芯的公式或是区线图,大家不妨也可以参考一下.我一般是凭经验来的.
第五步,计算变压器的原边匝数,原边使用的经径.计算原边匝数的时候,要选
定一个磁芯的振幅B,即这个磁芯的磁感应强度的变化区间,因为加上方波电压后,这个磁感应

本文发布于:2024-09-21 20:43:18,感谢您对本站的认可!

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