開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方法-資料下載頁
2024-12-06 02:09本頁面
【導(dǎo)讀】開關(guān)電源技術(shù)是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增。長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。供了廣闊的發(fā)展空間。后,若沒有新的變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,是無法達(dá)到提高整個(gè)電源功率密度的目的。降低變壓器的功率損耗,提高開關(guān)電源的效率。
【正文】 ，當(dāng) T 重新導(dǎo)通時(shí)，iI 不是從 0 開始，而將從對(duì)應(yīng)于 iSmin 的 imin開始加上（ VI/LI） t增量上升 。 考慮到變壓器原副方繞組之間存在漏感 ， T關(guān)斷瞬間 ， 原邊漏感乘上電流變化率即為集電極承受的尖峰電壓 ， 因此使用反激式變換中的開關(guān)管 T必須按照關(guān)斷時(shí)的最高集電極電壓和導(dǎo)通的最大集電極尖峰電流來選擇 。 一般情況下， T承受的最高集電極電壓 Vcemax = VI/ (1? max ) ， 式中 ? max 為最大占空比 。 VI 為輸入電源電壓 。 為限制 Vcemax 在一定的范圍之內(nèi) ， 占空比必須保持在最高值 ， 通常取? max = 左右 ， 可將 Vcemax 限制在兩倍于輸入電壓 V I 之內(nèi) 。 當(dāng) T 導(dǎo)通時(shí) ，必須滿足集電極工作電流 IC，可導(dǎo)出 : IC = 2Pon/V I? ? max)，式中 ， P0為輸出功率 。 ? 為傳輸效率 。 n 為變壓器匝比 。 取 ? max = ， ? = 80 %， 則 IC = ( P0/VI)n 。 設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)高頻開關(guān)變壓器應(yīng)考慮如下幾點(diǎn) ： 1. 選取恰當(dāng)?shù)淖儽?， 使輸入電壓 VI 降到最低 VIL 時(shí) ， 輸出電壓 Vo 變化仍在要求之內(nèi) 。 由圖 2， 變壓器變比 n = NI / NS = [VI / (Vo + VFD )]（ ton/toff) （ 1） 化簡(jiǎn)得 : n = [VI /( Vo + VFD)] [ ? /（ 1? ） ] （ 2） 式中 ， VFD 為二極管 D管壓降； VIL 為輸入電壓允許最低值 。 2. 輸入電壓 VI升至最高 ， 占空比又最大時(shí) ， 不允許磁心出現(xiàn)飽和 ， 為滿足該條件 ， 則有 [ 1 ]: n≥ [V Imax ton max/ (SΔBm)]106 ， 即 n ≥ n≥ [V Imax? onmax/ (SΔBm ) ] 106 ，式中 ， S為磁心截面積 (mm2)； ΔBm 為磁感強(qiáng)度差 。 f 為開關(guān)頻率 。 對(duì)于單管電路 ， 取 ΔBm = 0 .3T。 3. 應(yīng)使原副邊線 圈的漏感盡量小 ， 因此工藝上原邊和副邊線圈分層交替繞制 。 原邊與副邊線圈之間距離應(yīng)盡量小 。 盡量用多股導(dǎo)線 4. 使變壓器效率盡量高，溫升在規(guī)定之內(nèi)，輸出最大功率 。 在滿足上述條件下 ， 計(jì)算變壓器各項(xiàng)的指標(biāo) ， 選取合適的功率管器件、線圈及磁性材料 。 開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方法 15 6 相關(guān)技術(shù)發(fā)展前景 產(chǎn)品發(fā)展方向 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在 高新技術(shù)領(lǐng)域 的應(yīng)用，推動(dòng)了開關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，每年以超過兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類， DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。另外，開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 開關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為 二極管 、 IGBT 和 MOSFET。 SCR 在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用， GTR 驅(qū)動(dòng)困難，開關(guān)頻率低，逐漸被 IGBT 和 MOSFET 取代。 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（ MnZn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（ Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳 統(tǒng)的 PWM 開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn) ZVS、 ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。 模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成 N+1 冗余電源 系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開關(guān)電源 運(yùn)行 噪聲 大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方法 16 部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。 電力電子技術(shù) 的 不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國(guó)開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國(guó) 國(guó)民經(jīng)濟(jì) 的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方法 17 7 結(jié)束語 高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)除了要了解高頻電源變壓器的理論和設(shè)計(jì)方法以外 ,還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能價(jià)格、磁芯加工熱處理工藝 ,線圈繞制 和絕緣處理工藝及變壓器組裝工藝以及質(zhì)量控制的檢測(cè)參數(shù)和儀器設(shè)備等 。 高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)， 是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課題，不論是簡(jiǎn)化求解還是數(shù)值模擬，只有不斷地實(shí)踐， 才能使設(shè)計(jì)趨近完美。 開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)方法 18 參考文獻(xiàn) [1] 王國(guó)強(qiáng) ， 實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS上的實(shí)踐 [M]。 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社 ， 1999。 [2] Yemman A J， Electronic Components and TechnologyConference[C]。 1991， 431 436。 [3] 王京梅 ， 電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 31(4) : 362365 [4] 戴京營(yíng) ， 磁性材料及器件， 1994， 25(2): 1214。 [5] 胡躍全 ， 電工技術(shù) ， 1998， (7): 1518。 [6] Robert F， IEEE Trans。 Magn， 1998， 34:12551257。
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