【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可用較細(xì)的導(dǎo)線繞 1匝或許多匝。最好繞許多匝。線圈沿外邊柱繞。磁通平衡線圈要平衡的電流是輸出電流的一半。例如，有兩路輸出都有半匝，而且繞在一個(gè)邊柱上，電流分別為 2A和 3A。要平衡的電流為 5A/2=。如果平衡線圈每邊為 5匝，則平衡線圈中的電流為 。如果半匝分別在兩個(gè)邊柱上，最壞的情況是 3A半匝滿載， 2A半匝空載，平衡線圈流過(guò)的電流為 3/2/5=。這種平衡線圈結(jié) φ 1 A φ 2 G1 φ 3 G3 G2 N1Im N1I2’ N2I2 1 I2 B 圖 Uo Ui 圖 磁通平衡的分?jǐn)?shù)匝 圖 半圓筒構(gòu)成半匝 106 構(gòu)靈活，幾乎適用于所有拓?fù)涞淖儔浩鳌? 以上在 E型磁芯中得到 1/2匝。要獲得小于 1/2匝采用圖(b)磁芯。但是要得到 1/4匝，為了 4個(gè)邊柱磁通相 等，要在 4個(gè)邊柱都繞 1匝并聯(lián)，實(shí)際操作有些困難。而且“ X”磁芯不適宜高頻工作。比較合理的方式還是利用廣泛適的 E型磁芯。 以上討論了用兩個(gè)相等匝數(shù)的平衡線圈獲得兩個(gè)邊柱的磁通相等。前面已分析過(guò)即使邊柱面積不等，只要平衡線圈匝數(shù)相等，也能使邊柱磁通相等。反之，如果邊柱截面積相等，而平衡線圈不等，將迫使邊柱磁通不等。例如 2＃邊柱平衡線圈是 3＃的 3倍，因?yàn)榫€圈并聯(lián)在一起，感應(yīng)電勢(shì)必須相等， 2＃邊柱中的磁通變化率 dφ 2/dt是 3＃邊柱的 1/3，所以總磁通的 1/4進(jìn)入 2＃邊柱， 3/4進(jìn)入 3＃邊柱。匝鏈 2＃邊柱的線圈為 1/4匝，匝鏈 3＃邊柱的線圈為 3/4匝。同理，可得到任意分?jǐn)?shù)匝。 但應(yīng)當(dāng)注意到，中柱的磁通不變，在任意分?jǐn)?shù)匝時(shí)，邊柱的磁通分配發(fā)生了變化：一個(gè)比正常應(yīng)用大，而另一個(gè)比正常應(yīng)用小。磁通過(guò)大就會(huì)使磁芯飽和，從理論上講應(yīng)當(dāng)減少磁通密度擺幅，但是，分?jǐn)?shù)匝一般應(yīng)用在 100Hz以上，工作磁通密度擺幅因受損耗限制遠(yuǎn)小于飽和磁通密度。一般不會(huì)進(jìn)入飽和，只是磁芯損耗略有增加。 一旦匝數(shù)確立，初始計(jì)算必須重新確定。 磁通偏移 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一個(gè)線圈包圍的磁通等于每匝伏秒的積分。這意味著任何磁器件的任何線圈上電壓 ，一個(gè)周期內(nèi)平均電壓必須為零。一個(gè)交流波形中，如果存在即使非常小的直流分量，也會(huì)慢慢地將磁芯磁化到飽和。 在低頻率主變壓器中，初級(jí)線圈的電阻壓降足以限制磁芯趨向飽和：這是因?yàn)楫?dāng)小的直流分量將磁通慢慢推向飽和時(shí)，磁化電流開(kāi)始不對(duì)稱。直流分量增加的磁化電流在線圈電阻上產(chǎn)生一個(gè) IR降落，抵銷了激勵(lì)波形中的直流電壓分量，有可能避免磁芯飽和。 在高頻開(kāi)關(guān)電源中，理論上推挽驅(qū)動(dòng)波形是對(duì)稱的，開(kāi)關(guān)期間相等的正負(fù)伏秒交替加到線圈上，將磁芯磁化然后復(fù)位到初始狀態(tài)。但是，通常由于功率器件的導(dǎo)通電阻 Ron或開(kāi)關(guān)速度的不等，使得驅(qū) 動(dòng)波形的伏秒不對(duì)稱，產(chǎn)生小的直流分量引起磁通的偏移。高頻變壓器一般初級(jí)匝數(shù)很少，直流電阻極低，直流磁化電流分量壓降 IR在磁芯飽和前，不足以消除伏秒不對(duì)稱。 正激變換器磁通偏移不是問(wèn)題。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器磁化電流減少使電壓反極性，一般引入箝位電路，反向電壓使磁化電流減少到零，回到磁化的起始狀態(tài)。反向伏秒精確地等于開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的伏秒。正激變換器自動(dòng)地自復(fù)位（通過(guò)限制最大占空度，保證有足夠的復(fù)位時(shí)間）。 電壓型任何推挽電路拓?fù)洌ㄈ珮?，半橋和中心抽頭推挽），磁通偏移問(wèn)題最為嚴(yán)重。解決辦法之一是在磁芯的磁路中串聯(lián)一個(gè) 小氣隙，這將使磁化電流增加，同時(shí)非矩形磁化曲線，有利于避免飽和。電路電阻的 IR壓降可以抵銷驅(qū)動(dòng)波形中不對(duì)稱。但磁化電流增加表示激磁電感能量的增加，通常用緩沖和箝位吸收，增加了電路損耗。 解決不對(duì)稱問(wèn)題的比較好的方法是采用電流型控制模式（峰值或平均電流型控制）自動(dòng)平衡。由于伏秒不對(duì)稱，磁通開(kāi)始向一個(gè)方向偏移，峰值磁化電流在若干周期逐漸不對(duì)稱。而電流型控制中監(jiān)測(cè)電流，并在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期相同的峰值電流關(guān)斷開(kāi)關(guān)，峰值電流大 2 1 3 圖 專用平衡線圈 107 的導(dǎo)通時(shí)間短，反之加長(zhǎng)。直流分量造成的伏秒不平衡因此被糾正了。峰值磁化電流在兩個(gè)方向相等，磁通偏 移最小。 然而對(duì)于半橋出現(xiàn)了新的問(wèn)題。當(dāng)電流型控制通過(guò)交替加長(zhǎng)或縮短脈沖寬度來(lái)糾正伏秒不等時(shí)，交替開(kāi)關(guān)期間產(chǎn)生了安秒（電荷）不等。電荷不等將引起電容分壓向正或負(fù)母線偏移。如果電容分壓離開(kāi)中心點(diǎn)，伏秒不平衡更壞，引起電流控制型進(jìn)一步的糾正脈寬，導(dǎo)致惡性循環(huán)，電壓偏移到一邊母線。這在全橋或中心抽頭推挽是不存在的，半橋仍回到電壓型控制。 在橋式中，最簡(jiǎn)單的解決磁偏的方法是在變壓器初級(jí)串聯(lián)一個(gè)電容。利用電容隔離激勵(lì)波形中的直流分量。 磁芯選擇 材料 功率鐵氧體，高頻下材料具有很高電阻 率，因而渦流損耗低、價(jià)格低是高頻變壓器磁芯首選材料。但磁導(dǎo)率通常較低，磁化電流因此較大，有時(shí)需用緩沖和箝位電路處理。 對(duì)于合金材料磁芯，如鈷基非晶合金和微晶合金，這些材料具有較高的電阻率，通常軋成很薄的帶料，可以用在較高頻率。一般合金材料雖然飽和磁通密度比鐵氧體材料大得多，這通常是無(wú)關(guān)緊要的，因?yàn)榇磐芏葦[幅嚴(yán)重受渦流損耗限制。在高溫和沖擊、振動(dòng)大的地方，需采用合金材料磁芯外，一般變壓器磁芯最好選擇鐵氧體。各種鐵氧體材料應(yīng)用頻率和損耗參看 。 磁芯形狀 磁芯窗口應(yīng)盡可能寬。加大線圈 寬度可減少線圈的層數(shù)。使交流電阻 Rac和漏感減少。還有，固定的爬電尺寸對(duì)寬窗口影響較小。寬窗口需要線圈高度低，因此更好利用線圈窗口面積。 鐵氧體磁芯有罐型 (國(guó)產(chǎn) GU型，國(guó)際 P型 )、 PM、 RM、 PQ、 EE、 EC、 EP、 ETD、 RC、UU和 UI各種型號(hào)，以及新近發(fā)展的平面磁芯，如 EFD,EPC,LP型等磁芯。 罐型和 PQ型磁芯具有較小的窗口面積，窗口形狀幾乎是正方的。罐 (P)型和 PQ型磁芯比EE磁芯有較好的磁屏蔽的優(yōu)點(diǎn)，減少了 EMI的傳播，用于 EMC要求嚴(yán)格的地方。爬電尺寸耗費(fèi)了窗口面積的大部分，窗口寬度遠(yuǎn)不是 最佳，只用于 125W以下低功率場(chǎng)合。大功率應(yīng)用散熱困難。缺點(diǎn)是引出線缺口小，大電流出線困難。也不適宜多路輸出，輸出出線太多。也不宜高壓應(yīng)用，因?yàn)槌鼍€的安全絕緣處理困難。 EE,EC,ETD,LP磁芯都是 E型磁芯。相對(duì)于外形尺寸來(lái)說(shuō)有較大的窗口面積，同時(shí)窗口寬而高度低的結(jié)構(gòu)，漏磁及線圈層數(shù)少，高頻交流電阻小。開(kāi)放式的窗口沒(méi)有出線問(wèn)題，線圈與外界空氣接觸面大，有利于空氣流通，散熱方便，可處理大功率。但電磁干擾較大。 EC,ETD磁芯的中柱圓形截面與 EE型相同矩形截面積時(shí)，圓形截面每匝線圈比矩形短大約 11％，即電 阻少 11％，線圈損耗和溫升也相應(yīng)降低。但是 EE型磁芯尺寸齊全，根據(jù)不同的工作頻率和磁通擺幅，傳輸功率范圍從 5W到高達(dá) 5kW。如果將兩副 EE型磁芯合并作為一體使用，傳輸功率甚至可達(dá) 10kW。兩副磁芯合并使用時(shí)，磁芯面積加倍，如磁通擺幅和頻率保持不變，匝數(shù)減少一半，功率加倍比應(yīng)用下一個(gè)大尺寸的磁芯體積要小。 RM和 PM磁芯是罐（ P）型和 E型磁芯的折衷，比罐型更大的出線窗口和好的散熱條件，因而可傳輸更大的功率。因磁芯沒(méi)有全部包圍線圈，磁場(chǎng)干擾介于罐型和 EE型之間。 RM型 108 磁芯有兩種結(jié)構(gòu)：有中心孔和沒(méi)有中心孔。在有些 諧振電路中要求準(zhǔn)確地調(diào)諧，調(diào)節(jié)電感最方便?？梢杂脦в兄行目椎?RM磁芯，通過(guò)中心孔插入磁棒調(diào)節(jié)電感量，調(diào)節(jié)范圍可達(dá) 30％。一般在功率磁芯中不采用，磁棒損耗較大。 PQ型具有最佳的體積與輻射表面和線圈窗口面積之比。因磁芯損耗正比于磁芯體積，而散熱能力正比于輻射表面，這些磁芯在給定輸出功率下具有最小的溫升。并因此在給定輸出功率下體積最小。 LP、 EFD和 EPC型磁芯主要為平面變壓器設(shè)計(jì)的。中柱長(zhǎng)，漏感最小。但是因?yàn)轶w積小，磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度變化處處都是重要的區(qū)域，計(jì)算相當(dāng)困難。 UU型和 UI型主要用在高壓和大功率 水平。很少用在 1kW以下。它們比 EE型更大的窗口，可以用更粗的導(dǎo)線和更多的匝數(shù)。但磁路長(zhǎng)度大，比 EE型更大的漏感。 環(huán)形磁芯固有的圓形磁路，應(yīng)將線圈均勻繞在整個(gè)磁芯上。這樣的線圈寬度本質(zhì)上就圍繞整個(gè)磁芯，使得漏感最低和線圈層數(shù)最少。因?yàn)闆](méi)有線圈端部，沒(méi)有爬電距離的要求（但有引出線問(wèn)題）。雜散磁通和 EMI擴(kuò)散都很低。 環(huán)形的最大問(wèn)題是繞線困難， 1匝次級(jí)如何均勻分布在整個(gè)磁芯上？自動(dòng)繞線機(jī)事實(shí)上是不可能的。為此，環(huán)形很少用于開(kāi)關(guān)電源變壓器。 磁芯尺寸 A．面積乘積法 有經(jīng)驗(yàn)的磁設(shè)計(jì)者決定 磁芯的尺寸并不困難的。如果你是一個(gè)變壓器設(shè)計(jì)的新手，在初始估計(jì)磁芯尺寸時(shí)，往往感到無(wú)從下手。這是，只能根據(jù)使用要求，應(yīng)用一些基本知識(shí)找到相應(yīng)的磁芯。比較通用的方法是面積乘積法。它是磁芯截面積與線圈有效窗口面積的乘積。 在用面積乘積決定需要的磁芯時(shí)，與許多因素有關(guān)。磁芯處理功率的能力并不是隨面積乘積或磁芯體積線性變化的。較大的變壓器必須工作于低功率密度，因?yàn)樯崦嬖鲩L(zhǎng)低于產(chǎn)生損耗的體積的增加。例如一個(gè)球體，體積是隨半徑的立方增長(zhǎng)，而表面積隨半徑的平方增長(zhǎng)。熱環(huán)境也很難精確估計(jì)，強(qiáng)迫通風(fēng)還是自然冷卻都影響允許損 耗和溫升。 以下公式提供一個(gè)面積乘積的粗略預(yù)計(jì)： AP A A PK Bf cme W O T? ? ??? ????4 3 4/ （ ） 其中 Po－輸出功率 (W)； Δ B－磁通密度變化量 (T)； fT－變壓器工作頻率 (Hz)； K－ （正激變換器，推挽中心抽頭），－ （全橋，半橋）。 公式是基于線圈電流密度 420A/cm2，并假定窗口充填系數(shù)是 40％。在低頻時(shí)，飽和限制磁通密度最大擺幅，而在 50kHz（鐵氧體）以上，磁芯損耗通常限制了 Δ B。這里采用磁芯比損耗為 100W/cm3時(shí)，工作頻率 fT對(duì)應(yīng) 的Δ B值。 這樣初始估算磁芯尺寸不是很精確，但可減少試算的次數(shù)。最終檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，應(yīng)在應(yīng)用環(huán)境中，對(duì)電路中工作樣件變壓器，用熱電偶粘貼在中心柱的中心，檢測(cè)熱點(diǎn)溫升?；蚶镁€圈電阻的正溫度系數(shù)，測(cè)量熱態(tài)線圈電阻，計(jì)算出線圈平均溫升。 B. 查表法 初始估算尺寸時(shí)，尤其是初學(xué)者，對(duì)許多經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)一無(wú)所知。如果能根據(jù)輸出功率立即給出磁芯尺寸，當(dāng)然最為方便。 在 以下的討論中，假定總變換效率為 80％。線圈骨架的窗口充填系數(shù)為 。根據(jù)安全 109 標(biāo)準(zhǔn)有 4mm的留邊。線圈的電流密度為 4A/mm2。在 50kHz以下，絕大多數(shù)磁材料損耗較低，飽和限制了磁通密度選擇。鐵氧體在 100℃時(shí)飽和磁通密度在 ，當(dāng)