開關(guān)電源的高頻變壓器設(shè)計畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-09 21:22本頁面
【正文】 平面智能化和高可靠性的目標(biāo)，關(guān)鍵在于開關(guān)電源變壓器的高頻化。20世紀(jì)60年代，開關(guān)調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源(開關(guān)電源)由于具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、功率密度比大、重量輕等優(yōu)點，取代了線性電源。這兩篇文章指明了開關(guān)電源小型化的研究方向，即高頻化和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。1980年以前，DC／DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率為2039。八十年代國外開關(guān)電源的研究頻率就已經(jīng)在1～I(xiàn)OMHZ。目前國0．5～3MBz的高頻開關(guān)電源已實用化，200～500kHz已成為輸出IOOW以下開關(guān)電源的標(biāo)開關(guān)頻率，開關(guān)電源的功率密度己向120W／in3的目標(biāo)發(fā)展。對于開關(guān)式變換器來說，漏感會引起電壓尖峰，對電路中的器件產(chǎn)生損壞，分布電容會引起電流尖峰并延長充電時間，增大開關(guān)以及二極管的損耗，降低變壓器的效率和可靠性，因此在這種工作模式下希望盡可能的減小變壓器中的分布參數(shù).國外研究高頻開關(guān)電源變壓器較早，八十年代研究頻率就已經(jīng)在1 10MHzt ， 目前國外0．5 3MHz的高頻開關(guān)電源已實用化，文獻(xiàn)[1]報道的2MHz、50W 變壓器的幾何線度只有1．3cm左右。已有的研究表明，除了要有適于高頻(0．5—3MHz)工作的磁芯材料之外，高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計對其性能有至關(guān)重要的影響。 高頻變壓器隨著工作頻率的提高,設(shè)計不斷發(fā)生變化,不斷出現(xiàn)新的軟磁材料、新的磁芯結(jié)構(gòu)、新的導(dǎo)線材料和絕緣材料、新的線圈結(jié)構(gòu)和組裝結(jié)構(gòu)等,還會不斷出現(xiàn)新的設(shè)計方法。目前,電子變壓器向著高頻化、平面化、集成化、?？旎?、數(shù)組化和混合化方向發(fā)展, 并隨之帶來新的分析方法,如電磁場分析方法和新的設(shè)計技術(shù),如優(yōu)化計、多場型集成綜合設(shè)計,以及新的制造工藝對傳統(tǒng)工藝的挑戰(zhàn)。在小功率情況下,高頻變壓器能夠與功率變換器通過厚膜或薄膜等工藝已經(jīng)融為一體了。薄膜磁芯和磁性材料是現(xiàn)在高頻電子變壓器最活躍的發(fā)展方向之一,將成為MHz以上高頻電子變壓器的主要磁芯材料和結(jié)構(gòu),當(dāng)薄膜電子變壓器的高度做到1mm以下時,就可以裝入各種卡片內(nèi)。對于立體結(jié)構(gòu)的高頻變壓器線圈,考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),導(dǎo)線材料采用多股絞線(里茲線),有時也采用扁銅線和銅帶,絕緣材料采用耐熱等級高的材料,采用雙層和三層絕緣導(dǎo)線,以減少線圈尺寸。對于薄膜結(jié)構(gòu)線圈,導(dǎo)線采用銅、銀和金薄膜,制成梳形、螺旋形和運動場形等圖形,絕緣材料采用H級和C級材料。2 高頻變壓器的基本原理和作用 ,高頻變壓器用鐵氧體磁芯或空芯。變壓器有兩組線圈。次級線圈在初級線圈外邊。變壓器的線圈的匝數(shù)比等于電壓比。變壓器能降壓也能升壓。但是，由于高頻的范圍太廣，要明確的劃分是困難的。應(yīng)該說，這種叫法是不嚴(yán)格的。a. 單頻或窄頻級高頻變壓器，它是指工作頻率為單頻或是一個很窄的頻段，如變換器變壓器、振蕩器變壓器等；b. 寬頻帶變壓器，它是指工作在一個很寬頻率范圍內(nèi)的變壓器，如阻抗變換器變壓器、通訊變壓器、寬帶功率放大器變壓器等3 常用的帶隔離的開關(guān)電源中變壓器的作用 廣義地說，凡是采用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件作為開關(guān)管，通過對開關(guān)管的高頻開通與關(guān)斷控制，將一種電能形態(tài)轉(zhuǎn)換成為另一種電能形態(tài)的裝置，叫做開關(guān)轉(zhuǎn)換器。如果用高頻DC／DC轉(zhuǎn)換器作為開關(guān)電源的開關(guān)轉(zhuǎn)換器時，就稱為高頻開關(guān)電源H 3。高頻開關(guān)電源的分類方式有多種：(1)按DC／DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)條件，可分為硬開關(guān)(Hard Switching)和軟開關(guān)(Soft SWI TCHING)兩種。(3)按輸入與輸出之間是否有電氣隔離，可分為隔離式和非隔離式。 電路的工作過程: 1開關(guān)S開通后,變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù),VD2為斷態(tài),電感L的電流逐漸增長。正激電路的理想化波形: 變壓器的磁心復(fù)位時間為: TIST=N3*Ton/N1 輸出電壓:輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下: UO/UI=N2*Ton/N1*T 磁心復(fù)位過程: 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(dāng)規(guī)則。對于這類問題往往有兩種解決方法：一是將方程和邊界條件簡化為容易處理的問題，從而得到它在簡化狀態(tài)下的解。另一種方法是利用計算機(jī)強(qiáng)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。高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計相對于低頻要復(fù)雜得多，諸如趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、疇壁共振等許多因素在低頻下可被忽略，而在高頻下卻變得十分重要。高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計相對于低頻要復(fù)雜得多，諸如趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、疇壁共振等許多因素在低頻下可被忽略，而在高頻下卻變得十分重要。當(dāng)導(dǎo)線中流過高頻交流電流時，電流將向?qū)Ь€表面集中，導(dǎo)致導(dǎo)線表面電流密度增大。由于趨膚效應(yīng)，交變電流沿導(dǎo)線表面向?qū)Ь€中心衰減，當(dāng)衰減到表面電流強(qiáng)度的l，e時所達(dá)到的徑向深度，稱之為趨膚深度。其中P是—個隨溫度變化的量。但由于理論值和實測值的偏差不大，因此還是很適用于高頻變壓器繞組的交流電阻和漏感的預(yù)測。可是這個著名的因子并無理論根據(jù)，通過比較實驗值與Dowell模型理論值，為Dowell交流電阻系數(shù)計算公式引人了3個修正參數(shù)，這3個參數(shù)用來校正分析曲線，使其與實測結(jié)果更吻合。國際著名的通用有限元軟件有幾十種，常用的有：SAP、ANSYS、ANSOFT、NASTRAN、ADINA、ALGOR—FEM 等，其中ANSYS、ANSOFF、NASTRAN軟件是變壓器分析中最常用的軟件。有限元分析的過程主要有三步：前處理、求解計算及后處理。求解計算階段主要的工作是選擇求解類型并設(shè)置求解選項。對于變壓器的電磁場分析，主要有二(三)維諧性分析和二(三)維瞬態(tài)分析。對于變壓器的溫升，要利用有限元軟件的耦合場來分析，并且還要為軟件提供變壓器的熱導(dǎo)率、比熱、對流換熱系數(shù)、焓、輻射系數(shù)、生熱率等。前者一般采用二維分析，其目標(biāo)不是關(guān)心具體量值，而是比較在不同的情況下，某一量的變化情況，從而得到一些指導(dǎo)性的設(shè)計原則。因此相對于二維分析，三維分析更適于定量分析，然而由于三維分析的復(fù)雜性，因此很多情況下也用二維分析來進(jìn)行定量分析。為了研究邊緣效應(yīng)與繞組間隙的關(guān)系，作者設(shè)計的分析模型見圖2a，其中磁芯為罐狀磁芯，初次級為0．127mm (5mil)的銅薄帶。圖2b和2c所示的繞組間隙分別為0．254mm(10mil)和0．127mm(50mil)的情況。(c) 然而要精確地進(jìn)行定量分析，現(xiàn)在還存在以下困難：(1)復(fù)雜的有限元模型，尤其是三維模型，往往很難通過有限元軟件本身來建立，而是要通過該軟件與CAD軟件的接口去調(diào)用CAD 軟件所建立的模型這里有兩個問題，首先這類CAD 軟件在國內(nèi)剛流行不久，很難
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1