開關電源變壓器的設計方法-wenkub.com
2024-12-02 02:09 本頁面
【正文】 Magn， 1998， 34:12551257。 1991， 431 436。 高頻開關電源變壓器的設計， 是一個實踐性很強的課題，不論是簡化求解還是數(shù)值模擬，只有不斷地實踐， 才能使設計趨近完美。針對開關電源 運行 噪聲 大這一缺點，若單獨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，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但開關電源變壓器的設計方法 16 部分諧振轉(zhuǎn)換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。 SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。 開關電源中應用的電力電子器件主要為 二極管 、 IGBT 和 MOSFET。 在滿足上述條件下 ， 計算變壓器各項的指標 ， 選取合適的功率管器件、線圈及磁性材料 。 對于單管電路 ， 取 ΔBm = 0 .3T。 設計原則 設計高頻開關變壓器應考慮如下幾點 ： 1. 選取恰當?shù)淖儽?， 使輸入電壓 VI 降到最低 VIL 時 ， 輸出電壓 Vo 變化仍在要求之內(nèi) 。 當 T 導通時 ，必須滿足集電極工作電流 IC，可導出 : IC = 2Pon/V I? ? max)，式中 ， P0為輸出功率 。 考慮到變壓器原副方繞組之間存在漏感 ， T關斷瞬間 ， 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管 T必須按照關斷時的最高集電極電壓和導通的最大集電極尖峰電流來選擇 。 2 toff (LS /Vo ) iSM。 L I 和 LS為原副方線圈的電感量 ， 它們?yōu)槌?shù) iS 和 Ir 有如下三種狀態(tài) 。當 T 關斷時 ， 流過副方的電流 if =（ VI/LI） t， 所以 ， iSM=（ NI/NS） iM 以上各式中 ， NI 和 NS 分別為變壓器原副方匝數(shù) 。 (3)不容易檢查分析結(jié)果的正確性，只能與實測值進行比對。在測試變壓器溫升不方便時，有限元分析能夠在一定程度上替代實驗。 由此指出波形對繞組的交流電阻有很大的影響，在 同樣條件下，正弦波比梯形波引起的銅損要大。其中初級采用 24AWG 圓銅線，次級采用 (5mil)銅薄帶，繞組排列按“次 初 次 初”順序。通過有限元分析，作者得到 500kHz 時不同繞組間隙下的磁場分布情況。后者則重視具體的量值，盡可能通過數(shù)值模擬方法得到高頻開關電源變壓器設計中某些不易計算量的精確值并和實驗值進行比較，最終達到在 一定程度上替代實驗的目的。前者適于激勵源服從一定交 變規(guī)律 (如正弦、余弦 )的情況；后者適于激勵源無規(guī)則變化的情況。 前處理階段主要的工作是選擇分析模塊 、 定義單元類型和材料特性、建立實體模型、對模型進行網(wǎng)格劃分、施加載荷和邊界條件等。 數(shù)值模擬 目前常用的數(shù)值模擬方法主要有：有限元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法，其中最常用的是有限元法， 有限元計算結(jié)果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設計和性能分析的可靠依據(jù)。 圖 1 交流電阻的計算值與測試值比較 :(a)初次級分開 布置時的交流電阻 (b)次級被夾于初級之間時的交流電阻 從圖 1可知，交流電阻的理論值和實測值很接近，只是實測的交流電阻值較理論值稍大一些，這主要是由于 Dowell 模型假設漏磁平行導體交界面分布， 這只有在導體的寬度和厚度之比很大時才近似成立， 而且也沒有考慮導體之間的鄰近效應以及氣隙的邊緣效應。 交流電阻系數(shù) 交流電阻系數(shù)是變壓器繞組的交流電阻與直流電阻之 比，是高頻開關電源設計的重要參數(shù)。其中 r 是一個隨溫度變化的量，對銅導線來說， ρ (T)＝ [1＋ (T－ 20)]這種現(xiàn)象稱為趨膚效應。另一種方法是利用計算機強大的計算能力，使用數(shù)值模擬方法求得滿足工程要求的數(shù)值解。 但只有少數(shù)問題能夠用解析的方法求出精確解，這類問題往往是方程性質(zhì)比較簡單，幾何邊界相 當規(guī)則。 1. 磁芯參數(shù) 高頻電源變壓器磁芯參數(shù)設計中 ,要特別注意工作磁通密度不只是受磁化曲線限制 ,還要受損耗的限制 ,同時還與功率傳送的工作方式有關 .對變壓器功率 傳送方式磁通雙方向變化工作模式 ,ΔB ＝ 2Bm,工作的磁滯回線包圍的面積比局部回線大得多 ,損耗也大得多 ,Bm 主要受損耗限制 ,還要注意由于各種原因造 成激磁的正負變化的面積不相等而出現(xiàn)直流偏磁問題 ,可以在磁芯磁路中加一個小氣隙或者在電路設計時加入隔直流電容或者采用電流型控制來解決 。后者絕緣層為聚氨酯漆 ,具有自粘性強 ,有自焊性能 (380℃ ),可不用去漆膜就可直接焊接 。 抗電強度 :變壓器在 1 秒或 1分鐘之內(nèi)能承受規(guī)定電壓的程度 。 開關電源變壓器的特性參數(shù) 電壓比 :指變壓器的初級電壓與次級電壓的比值 。 起到能量傳遞和轉(zhuǎn)換作用 .在反激式電路中 , 當開關管導通時 ,變壓器把電能轉(zhuǎn)換成磁場能儲存起來 ,當開關管截止時則釋放出來 . 在正激式電路中 ,當開關管導通時 ,輸入電壓直接向負載供給并把能量儲存在儲能 電感 中 .當開關管截止時 ,再由儲能電感進行續(xù)流向負載傳遞 。輸出整流技術現(xiàn)在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。 振蕩器：產(chǎn)生高頻振蕩波。如并聯(lián)型基準 LM35 AD589，串聯(lián)型基準 AD58REF192 等。 2．變壓器輸出 分無抽頭、帶抽頭。 變換電路：隔離型、非隔離型、諧振型。有電容輸入型、扼流圈輸入型兩種，開關電源多數(shù)為前者。 作用：把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開關電源直流輸入 電源。 開關電源變壓器的設計方法 2 1 開關電源的基本控制原理 開關電源的控制結(jié)構(gòu) 一般地，開關電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個主體組成。 國外研究高頻開關電源變壓器較早， 八 十年代研究頻率就已經(jīng)在 1~10MHz [2~5]，目前國外 ~3MHz 的高頻開關電源已實用化，文獻 [6]報道的 2MHz、 50W變壓器的幾何線度只有 左右。 關鍵詞 ： 開關電源；變壓器；高頻效應；功率損耗；設計方法 開關電源變壓器的設計方法 目 錄 內(nèi)容摘要 ........................................................................................................................... I 引 言 ..............................................................................
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