Delta,電源變壓器基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)

1、Delta ConfidentialMSBU-MISHDelta CPBG R&D (Shanghai) Center2008.08.29變壓器設(shè)計(jì)與材料選擇變壓器設(shè)計(jì)與材料選擇Guan Junfeng目 錄 變壓器的結(jié)構(gòu)和組成 變壓器的設(shè)計(jì)變壓器的結(jié)構(gòu)和組成變壓器變壓器inVoutVinIoutImLk原邊繞組原邊繞組副邊繞組副邊繞組導(dǎo)磁回路(磁心磁心)勵(lì)磁磁通漏磁磁通一次側(cè)二次側(cè)1.改變電壓2.隔離電路繞組的電壓關(guān)系繞組的電壓關(guān)系法拉第定律法拉第定律:交變磁場(chǎng)中的電動(dòng)勢(shì)交變磁場(chǎng)中的電動(dòng)勢(shì):)(NdtdE變化磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)在閉變化磁場(chǎng)在閉合回路中產(chǎn)生合回路中產(chǎn)生的感生電勢(shì)的感生電勢(shì)E空

2、間回路法拉第定律法拉第定律inVoutVinIoutImLk變壓器變壓器跟據(jù)法拉第定律:)(LkminNpdtdV)(moutNsdtdVNpNsnVVinoutLkm變壓器電流關(guān)系變壓器電流關(guān)系楞次定律楞次定律-變壓器的電流關(guān)系變壓器的電流關(guān)系描述描述:閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)”阻礙阻礙”引起感引起感應(yīng)電流的磁通量的變化應(yīng)電流的磁通量的變化變化磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)在閉合回路中變化磁場(chǎng)在閉合回路中產(chǎn)生的感生電流產(chǎn)生的感生電流感生電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)感生電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)實(shí)際通過(guò)閉合回路的磁場(chǎng)實(shí)際通過(guò)閉合回路的磁場(chǎng)i導(dǎo)體楞次定律楞次定

3、律u磁通不能突變磁通不能突變inVoutVinIoutImLk應(yīng)用應(yīng)用:通常變壓器的電流決定于負(fù)載通常變壓器的電流決定于負(fù)載outoutoutVPI/lISNsoutcores/sp跟據(jù)楞次定律跟據(jù)楞次定律,lISNlISNoutcoresincorep/inoutspIInNN可用作變壓器的軟磁材料可用作變壓器的軟磁材料可用作變壓器的磁性材料錳鋅鐵氧體(Mn-Zn Ferrite): 鎳鋅鐵氧體(Ni-Zn Ferrite):功率鐵氧體非晶，超微晶，納米晶:硅鋼片工頻變壓器高頻開關(guān)電源變壓器（40KHz-2MHz)高頻開關(guān)電源變壓器（2MHz)中低頻開關(guān)電源變壓器（40KHz)鐵氧體材料的選

4、擇鐵氧體材料的選擇選擇磁性材料的關(guān)鍵點(diǎn)：選擇磁性材料的關(guān)鍵點(diǎn)：磁心的飽和磁密：磁心的飽和磁密：磁心的損耗：磁心的損耗 (儲(chǔ)能與放能之差儲(chǔ)能與放能之差)BHHdcHdc=0Hdc一三相限:Full bridge一相限:forwardDC Bias:flybackBacBacBacBm磁損曲線BH曲線TysxacmcvCfBCP單位體積磁損公式：?jiǎn)挝惑w積磁損公式：材料的損耗指標(biāo)材料的損耗指標(biāo):固定固定Pcv時(shí)的時(shí)的FxB公式公式xxyTmcvfCCPBF/1)(*不同鐵氧體的使用頻率不同鐵氧體的使用頻率)(BfIANPpepthrPcv=100 kw/m3Pcv=300 kw/m3Pcv=500

5、kw/m3Ferroxcube3C963F35T=1001000040000500002002000f(kHz)f*B (HzT)03F4f .B: Material performance factorPcv=100 kw/m3Pcv=300 kw/m3Pcv=500 kw/m3N49N9701000500050000f*B(HzT)f(kHz)EPCOS22000HzT32000HzT23000HzT35000HzTf .B: 表現(xiàn)一個(gè)材料在一個(gè)頻率下所能通過(guò)的表現(xiàn)一個(gè)材料在一個(gè)頻率下所能通過(guò)的B的能力的能力A.頻率提高頻率提高, 磁能材料能夠通過(guò)功率的能力提高磁能材料能夠通過(guò)功率的能力提

6、高B.頻率提高到一定程度頻率提高到一定程度,會(huì)有一個(gè)更好的高頻材料來(lái)接替會(huì)有一個(gè)更好的高頻材料來(lái)接替磁心的選擇磁心的選擇一般情況下fs300KHz, Bmax取決磁損取決磁損假設(shè)頻率fs=400KHz, 取單位磁損為300mw/cc,材質(zhì)N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mTfs在在150K至至300K之間時(shí)之間時(shí), Bs和和Pcv都考慮都考慮,取其小值取其小值.假設(shè)頻率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv300mw/ccB1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT,取B1和B2中的小值作為Bmax=136mT磁心的磁心的

7、Bmax的選擇方法的選擇方法不同特性的鐵氧體材質(zhì)不同特性的鐵氧體材質(zhì)常規(guī)的低頻材料常規(guī)的低頻材料飛磁的常規(guī)飛磁的常規(guī),高飽高飽,低溫和高溫低頻材料低溫和高溫低頻材料低溫低溫高溫高溫高飽高飽常規(guī)常規(guī)3C96常規(guī)的高頻材料常規(guī)的高頻材料TDK低頻寬溫材料低頻寬溫材料PC95對(duì)比對(duì)比選擇磁心的形狀選擇磁心的形狀常用鐵心形狀常用鐵心形狀A(yù)EEEFDER,EC,ETDPQRM形狀分形狀分類類特點(diǎn)特點(diǎn)適用情況適用情況EE,ER,EC,ETD常規(guī)鐵心常規(guī)鐵心,價(jià)格價(jià)格低廉低廉,窗口面積窗口面積大大,大功率時(shí)易大功率時(shí)易作安規(guī)作安規(guī).小功率的輔助電源，小功率的輔助電源，大功率電源，大功率電源，應(yīng)用于功率密度較

8、低應(yīng)用于功率密度較低的場(chǎng)合的場(chǎng)合EFD平面化的平面化的EE類類鐵心鐵心應(yīng)用情況同上，應(yīng)用應(yīng)用情況同上，應(yīng)用于功率密度較低，且于功率密度較低，且要求要求Low Profile，表，表貼或沉降式結(jié)構(gòu)貼或沉降式結(jié)構(gòu)PQ,RM窗口面積較窗口面積較類的小，而類的小，而Ae較類的大，較類的大，應(yīng)用于高功率密度的應(yīng)用于高功率密度的條件條件也適于作輸出電感或也適于作輸出電感或電感電感窗口開口較小，不適窗口開口較小，不適合作很多路輸出變壓合作很多路輸出變壓器器選擇磁心的形狀選擇磁心的形狀常用鐵心形狀常用鐵心形狀BEQPJPlanar EE形狀分類形狀分類特點(diǎn)特點(diǎn)適用情況適用情況PJ Core的改進(jìn)版，的改進(jìn)版，

9、Ae大窗口小，磁大窗口小，磁屏蔽效果好；高度較矮屏蔽效果好；高度較矮用于高功率密度且對(duì)高度有一定要求的變壓器設(shè)計(jì)；不適用于高功率密度且對(duì)高度有一定要求的變壓器設(shè)計(jì)；不適合飛線，不適合使用合飛線，不適合使用Margin tape做安規(guī)做安規(guī)EQ，的改進(jìn)版，窗口條件比，的改進(jìn)版，窗口條件比PJ好，好，高度和高度和Ae比好；磁屏蔽效果不如比好；磁屏蔽效果不如PJPlanar EE低高度，低高度，Ae大，窗口?。恢兄L(zhǎng)寬比大，大，窗口??；中柱長(zhǎng)寬比大，不適于繞線不適于繞線應(yīng)用于繞組等預(yù)制好的繞組的變壓器和電感器應(yīng)用于繞組等預(yù)制好的繞組的變壓器和電感器磁心的選擇磁心的選擇磁性材料的選擇依據(jù)磁性材料的選擇

10、依據(jù)1.工作頻率范圍工作頻率范圍2.飽和磁密大小飽和磁密大小磁心形狀的選擇依據(jù)磁心形狀的選擇依據(jù)1.功率密度的要求功率密度的要求2.成品高度的限制成品高度的限制3.繞組的多少繞組的多少4.線包的引出線形式線包的引出線形式繞組的結(jié)構(gòu)繞組的結(jié)構(gòu)SimpleSandwich Interleaving漏漏 感感 減減 小小交交 流流 損損 耗耗 減減 小小隔隔 離離 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 復(fù)復(fù) 雜雜常常 用用 導(dǎo)導(dǎo) 線線名稱:漆包線,電磁線結(jié)構(gòu):圓銅線外覆絕緣漆規(guī)格:0.04mm-1.0mm名稱:三層絕緣線結(jié)構(gòu):圓銅線外覆三層絕緣膜,耐壓0.05mm 常用作繞組導(dǎo)線名稱:多股絞線，Litz線，李茲線結(jié)構(gòu):多根同

11、規(guī)格的漆包線制的絞線規(guī)格:0.1xN,0.12xN,0.2xN等常常 用用 導(dǎo)導(dǎo) 線線名稱:鍍錫線，鍍錫銅線結(jié)構(gòu):圓銅線外鍍錫規(guī)格:0.2-1.0,常用作引腳,跳線,需要加絕緣名稱:沖壓銅片(常鍍錫)結(jié)構(gòu):生銅片直接沖壓切割成片狀繞組的形狀規(guī)格:厚0.5-1.0, 需加絕緣名稱:扁平線結(jié)構(gòu):扁平的漆包線規(guī)格:跟據(jù)規(guī)格和廠商生產(chǎn)能力;寬:厚10高頻交流損耗高頻交流損耗集膚效應(yīng)(Skin effect):鄰近效應(yīng)(Proximity effect):主電流主電流在導(dǎo)體外產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)回路包圍的電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo)體自身電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的渦流,方向上,靠近導(dǎo)體表面的電流與主電流同向,而

12、靠近中心的電流與主電流反向?qū)w內(nèi)通過(guò)交流電流,主電流與自身電流所產(chǎn)生的渦流疊加,使導(dǎo)體截面上電流分布呈現(xiàn)表面電流密度大,內(nèi)部電流密度小的現(xiàn)像.Jx導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)交流電流,主電流與外部磁場(chǎng)所產(chǎn)生的渦流疊加,使導(dǎo)體截面上電流分布呈現(xiàn)左右電流密度分布不均的現(xiàn)像.主電流主電流在導(dǎo)體外產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)回路包圍的電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁場(chǎng)集膚電流Jx外部交流磁場(chǎng)外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流使用工具估算繞組的損耗使用工具估算繞組的損耗Ansoft Maxwell 2D &3D通過(guò)維和維分析，推算變壓器的損耗和漏感優(yōu)點(diǎn)：較準(zhǔn)確缺點(diǎn)：對(duì)硬件要求高；模型要盡可能接近實(shí)際使用工具估算繞組的損耗使用工具估算繞組的損耗 Dow

13、ell 1D model ( Magnetics Design tool)通過(guò)1維分析，推算變壓器的損耗優(yōu)點(diǎn)：較準(zhǔn)確,可以連續(xù)分析缺點(diǎn)：理想化的模型，對(duì)一些結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化越多，誤差越大輸入電流波形計(jì)算在上面波形下不同導(dǎo)線的R/RdcLitz線的簡(jiǎn)化漏磁通與漏感漏磁通與漏感inVoutVinIoutImLk*nLkLm磁通回路全部通過(guò)繞組的磁通為勵(lì)磁磁通位置上為全部在鐵心中磁通回路有一部分在繞組間的磁通為漏磁通，位置上為經(jīng)過(guò)窗口的磁通漏磁通存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量漏磁通存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量dVBdVBdVBEVwinairVcorecoreV222一般情況下，aircore30001000而與基本相當(dāng)core

14、VwinV所以可以簡(jiǎn)略認(rèn)為dVHdVBEVwinairVwinairLk22漏感與磁場(chǎng)漏感與磁場(chǎng)漏感的估算漏感的估算VkLkHILE222121HmaxH=0HwwHiNH減小減小Lk的方法的方法:1.拉高窗口寬度或拉寬窗口寬度拉高窗口寬度或拉寬窗口寬度(如平面化如平面化)2.減小每個(gè)磁回路的電流和減小每個(gè)磁回路的電流和(如三明治或如三明治或interleaving)3.減小減小Hmax的區(qū)域體積的區(qū)域體積(如減小如減小P-S之間距離之間距離)4.減少圈數(shù)減少圈數(shù))(2NLk而:22IHiNLVwk故:變壓器的設(shè)計(jì)開關(guān)電源的拓?fù)渥儔浩鞯脑O(shè)計(jì)變壓器的設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)計(jì)算AP選擇鐵心設(shè)計(jì)繞組評(píng)估變壓器

15、性能AP法介紹法介紹APAP法法, , 即即 Area Product (Area Product (面積乘積面積乘積) )法的簡(jiǎn)寫法的簡(jiǎn)寫inVoutVinIoutImLk走磁通的面積Ae走電流的面積AwX=APAP的計(jì)算公式的計(jì)算公式AwAeAPspfBNDVAemaxmaxminKuJINJINAwssrmsspprmsp(磁心的儲(chǔ)能能力)(磁心的通過(guò)電流的能力)雙管正激變壓器的設(shè)計(jì)雙管正激變壓器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)1最小直流輸入電壓最小直流輸入電壓Vmin (V)350用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流(Iin,Ip), 原邊電壓原邊電壓(Vp), 計(jì)算變壓器磁心損耗計(jì)

16、算變壓器磁心損耗Pc和交流磁通和交流磁通Bac2輸出電壓輸出電壓 Vo (V)28用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率, 實(shí)際占空比實(shí)際占空比, 3輸出電流輸出電流 Io (A)7用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率,二次側(cè)電流二次側(cè)電流(Is),輸出電感電流輸出電感電流(ILo)4輸出二極管壓降輸出二極管壓降 Vd (V)0.3用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率5工作效率工作效率 h h0.9用于計(jì)算輸入功率用于計(jì)算輸入功率(Pin), 一次側(cè)電流一次側(cè)電流(Iin,Ip)6開關(guān)頻率開關(guān)頻率 f (kHz)100用于選擇磁性材料用于選擇磁性材料,計(jì)算電流計(jì)算電流(Ip,Is,ILo)7最大占空比最大占空比 Dmax0.4用于

17、計(jì)算峰值電流用于計(jì)算峰值電流Ipk,交流磁通交流磁通Bac等等8環(huán)境溫度環(huán)境溫度 Ta ()25限制磁心損耗和繞組電流密度限制磁心損耗和繞組電流密度9允許溫升允許溫升 Tr ()751.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)1原邊繞組允許電流密度原邊繞組允許電流密度 Jp (A/cm2)600通常設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)時(shí),繞組電流密度在繞組電流密度在400-600之間之間,功率較小或者散熱條件較好功率較小或者散熱條件較好,如有風(fēng)如有風(fēng), PCB繞組等繞組等,可以升到可以升到1000, 而對(duì)于一些特殊的繞組而對(duì)于一些特殊的繞組, 如散熱較差或頻率

18、太高可以考慮降低到如散熱較差或頻率太高可以考慮降低到3002副邊繞組允許電流密度副邊繞組允許電流密度 Js (A/cm2)7503窗口利用率窗口利用率 Ku0.2常用的鐵氧體磁心常用的鐵氧體磁心,變壓器變壓器Ku不超過(guò)不超過(guò)0.2, 單繞組電感單繞組電感,0.25, 環(huán)形電感尺寸從小到大可以選擇環(huán)形電感尺寸從小到大可以選擇不超過(guò)不超過(guò)0.35到到0.45磁心的選擇磁心的選擇)( 1 .198)(WIVVPodoo1.計(jì)算最大輸出功率計(jì)算最大輸出功率2.計(jì)算原邊平均電流計(jì)算原邊平均電流Iin)(629. 0/minAVPoIinh3.預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖Ipk)(5722. 1/

19、maxADIIinpkIpk原邊電流波形原邊電流波形4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值預(yù)計(jì)算原邊電流有效值IprmsAADIIpkprms1)(9944. 0maxrForward變壓器磁心中的回線變壓器磁心中的回線DB磁心的選擇磁心的選擇5.Bmax的選擇的選擇:)(8114)1 (4maxmaxminmmKuJfBDVIAwAeAPpsprmshfs10mm線包結(jié)構(gòu)：常規(guī)變壓器，原副原三明治結(jié)構(gòu)注意：輔助變壓器或需要高漏感的變壓器可以考慮用Simple結(jié)構(gòu)而要求低損耗時(shí)可以考慮采用interleaving結(jié)構(gòu)繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 3.通過(guò)一維計(jì)算確定導(dǎo)線的優(yōu)化條件通過(guò)一維計(jì)算確定導(dǎo)線的優(yōu)

20、化條件 . 0.5 單層線0.1x25c 單層線0.9 單層線9圈副邊銅箔/4.5層圈副邊銅箔3.5層一二次側(cè)邊界一二次側(cè)邊界主層主層次層原邊繞組主次共層原邊繞組主次共層副邊繞組主次共層副邊繞組主次共層一二次側(cè)邊界一二次側(cè)邊界主層主層次層內(nèi)外原邊繞組一個(gè)層個(gè)層內(nèi)外原邊繞組一個(gè)層個(gè)層中間副邊繞組次層由主層平分到中間副邊繞組次層由主層平分到個(gè)組中，各有層個(gè)組中，各有層注意：銅箔的規(guī)則與導(dǎo)線相同如果是Litz線，層數(shù)還要乘上股數(shù)的開方值（如層0.1x25c線的損耗層數(shù)是xsqrt(25)=2x5=10層繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 4.不同線組合的對(duì)比列表不同線組合的對(duì)比列表 . 線型線型導(dǎo)線層

21、數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)導(dǎo)線層數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)Re/Rdc0.1*25c51.10.1*25c101.40.511.540.523.350.912.560.927.110.4511.670.12銅箔銅箔1.360.15銅箔銅箔1.48繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 5.導(dǎo)線的選擇與排布導(dǎo)線的選擇與排布 . BBN的繞線空間13.554.10.1x25c,線徑約0.65mm每層可布20圈，共布2層余4圈總厚0.65x3=1.95mm0.5,線徑約0.55mm每層可布24圈，共布2層少4圈總厚1.1mm副邊繞組: 0.9TIW,線徑約1.15mm每層可布11圈，一層布完,總厚1.15mm0.12mm

22、銅箔,每層外帶6層膠帶合計(jì)0.48mm組合組合0.1x25c+0.9TIW,sandwich,總厚度總厚度3.76mm組合組合20.5+0.9TIW,sandwich,總厚度總厚度2.91mm銅箔繞組對(duì)比0.9TIW,當(dāng)銅箔繞組超過(guò)3匝,即不合算繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 6.線包結(jié)構(gòu)線包結(jié)構(gòu) . TopBottomP繞組繞組1,24Ts,0.5,實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.5mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmS繞組繞組 9圈圈 TIW 0.9線線 除去絕緣實(shí)厚約除去絕緣實(shí)厚約0.9mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.

23、42mmP繞組繞組2,20Ts,0.1x25c, 實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.5mmPQ2625 組合組合2RM12/I 組合組合1TopBottomP繞組繞組1,21Ts,0.1x25c,實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.65mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmS繞組繞組 7圈圈 TIW 0.9線線 除去絕緣實(shí)厚約除去絕緣實(shí)厚約0.9mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmP繞組繞組2,14Ts,0.1x25c, 實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.65mm繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 7. 導(dǎo)線損耗的計(jì)算導(dǎo)線損耗的計(jì)算 . 采用組合采用

24、組合2方案方案0.5+0.9TIW,sandwich,總厚度總厚度2.91mm原邊直流電阻原邊直流電阻2875. 0/ AwpNpMLTRpdc443. 054. 1RpdcRpe原邊等效電阻原邊等效電阻副邊直流電阻副邊直流電阻0182. 0/ AwsNsMLTRsdc03. 064. 1RsdcRse副邊等效電阻副邊等效電阻繞組損耗繞組損耗WRseIsrmsRpeIprmsPw03. 122鐵心的加工鐵心的加工 1.氣隙的計(jì)算氣隙的計(jì)算 . 對(duì)于正激變壓器，電子工程師需要給出一個(gè)合適的電感值,以降低鐵心中的Br,例如:Lp=800uH較準(zhǔn)確的氣隙電感計(jì)算公式：較準(zhǔn)確的氣隙電感計(jì)算公式：mml

25、gap389. 0氣隙可以加工鐵心的參數(shù)計(jì)算鐵心的參數(shù)計(jì)算 1.實(shí)際的交流磁通密度實(shí)際的交流磁通密度 . 2.鐵心損耗的計(jì)算鐵心損耗的計(jì)算 . )(1308. 0)2/(maxminTAefNpDVBsac)(304. 1WfBCPysxacmc 3.總損耗的計(jì)算總損耗的計(jì)算 . )(334. 2WPPPwcT 4.損耗比重?fù)p耗比重 . %18. 1/oTPP漏感的估算漏感的估算PQ26/25 RM12/I13.552.740.5x24T0.9x9T0.5x20T磁心對(duì)稱軸磁心對(duì)稱軸7.10.420.42H24AT-20ATuHLk93. 2143.040.65x21T0.9x7T 0.65x

26、14T磁心對(duì)稱軸磁心對(duì)稱軸7.30.420.42H21AT-15ATuHLk04. 265)5(562254233)3(3421132121) 1(121)(xxxifxxxxHHxxxifHxxxifxxxxHHHxxxifHxxxifxxxxHxHH1H2x1 x2 x3 x4 x5 x6xxH對(duì)x的函數(shù)漏感能量與電感之間的關(guān)系：漏感能量與電感之間的關(guān)系：22021)(21ILdVxHEkVwinLkwin計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小計(jì)算漏感時(shí)的線包總厚度不包括線包最外層的膠帶厚

27、度計(jì)算漏感時(shí)的線包總厚度不包括線包最外層的膠帶厚度線包截面及相對(duì)尺寸線包截面及相對(duì)尺寸線包截面及相對(duì)尺寸線包截面及相對(duì)尺寸反激變壓器的設(shè)計(jì)反激變壓器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)1最大直流輸入電壓最大直流輸入電壓 Vmax(V)334用于跟據(jù)各器件的電壓應(yīng)力計(jì)算用于跟據(jù)各器件的電壓應(yīng)力計(jì)算Duty的范圍的范圍最小直流輸入電壓最小直流輸入電壓Vmin (V)108用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流(Iin,Ip), 原邊電壓原邊電壓(Vp), 計(jì)算變壓器磁心損耗計(jì)算變壓器磁心損耗Pc和交流磁通和交流磁通Bac2輸出電壓輸出電壓 Vo (V)19.5用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率, 實(shí)際占空比實(shí)際

28、占空比, 3輸出電流輸出電流 Io (A)3.34用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率,二次側(cè)電流二次側(cè)電流(Is),輸出電感電流輸出電感電流(ILo)4輸出二極管壓降輸出二極管壓降 Vd (V)0.3用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率5工作效率工作效率 h h0.9用于計(jì)算輸入功率用于計(jì)算輸入功率(Pin), 一次側(cè)電流一次側(cè)電流(Iin,Ip)6開關(guān)頻率開關(guān)頻率 f (kHz)65用于選擇磁性材料用于選擇磁性材料,計(jì)算電流計(jì)算電流(Ip,Is,ILo)7工作模式工作模式CCMCCM,DCM,DCMB8紋波系數(shù)紋波系數(shù)Krp0.6Krp小則漏感的吸收損耗和交流損耗小，而小則漏感的吸收損耗和交流損耗小，而Krp大輸

29、出大輸出Diode的恢復(fù)損耗小的恢復(fù)損耗小8最大占空比最大占空比 Dmax0.45用于計(jì)算峰值電流用于計(jì)算峰值電流Ipk,交流磁通交流磁通Bac等等9環(huán)境溫度環(huán)境溫度 Ta ()25限制磁心損耗和繞組電流密度限制磁心損耗和繞組電流密度10允許溫升允許溫升 Tr ()751.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)1原邊繞組允許電流密度原邊繞組允許電流密度 Jp (A/cm2)500通常設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)時(shí),繞組電流密度在繞組電流密度在400-600之間之間,功率較小或者散熱條件較好功率較小或者散熱條件較好,如有風(fēng)如有風(fēng), PCB繞組等繞組等,

30、可以升到可以升到1000, 而對(duì)于一些特殊的繞組而對(duì)于一些特殊的繞組, 如散熱較差或頻率太高可以考慮降低到如散熱較差或頻率太高可以考慮降低到3002副邊繞組允許電流密度副邊繞組允許電流密度 Js (A/cm2)5003窗口利用率窗口利用率 Ku0.2常用的鐵氧體磁心常用的鐵氧體磁心,變壓器變壓器Ku不超過(guò)不超過(guò)0.2, 單繞組電感單繞組電感,0.25, 環(huán)形電感尺寸從小到大可以選擇環(huán)形電感尺寸從小到大可以選擇不超過(guò)不超過(guò)0.35到到0.45Flyback的工作模式的工作模式1.FLYBACK的工作原理的工作原理*VinLkLmTxip,imCCM, Continuous Current Mod

31、e,連續(xù)電流工作模式DCM, Discontinous Current Mode,斷續(xù)電流工作模式DCMB, DCM Boundary,臨界斷續(xù)電流工作模式上述模式均指的是上述模式均指的是LmLm的工作狀態(tài)的工作狀態(tài)imCCMDCMimDCMB用用AP法選擇磁心法選擇磁心1.AP的計(jì)算的計(jì)算Ippk原邊電流波形原邊電流波形Ispk副邊電流波形副邊電流波形)(13.65)(WIVVPodoo2.計(jì)算原邊平均電流計(jì)算原邊平均電流Iin)(67. 0/minAVPoIinh3.預(yù)計(jì)算原邊電流峰值預(yù)計(jì)算原邊電流峰值Ipk)(291. 2)2/1/(maxADKrpIIinpk4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值預(yù)

32、計(jì)算原邊電流有效值Iprms)(046. 1) 13(2maxAKrpKrpDIIpkprms1.輸出功率輸出功率Po)(27.466)21 (/(2uHfKrpKrpIPoLspkph5.原邊電感值原邊電感值Lp7.計(jì)算計(jì)算AP)(65.79472max/max)1 (1 (4mmBacKuJpLpKrpIppkIprmsDDAP6.Bmax選擇選擇跟據(jù)頻率選擇材料為跟據(jù)頻率選擇材料為3C96,再跟據(jù)再跟據(jù)Bs選擇選擇Bmax=Bac=0.1036鐵心的選擇鐵心的選擇跟據(jù)跟據(jù)AP選擇鐵心選擇鐵心鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APPQ 20/162932.8PQ 20/204117.8PQ 26/20730

33、5.4PQ 26/2510143PQ 32/2013604.5PQ 32/3024899.7PQ 35/3541800鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APRM10/I6168.9RM12/I14962.1RM14/I28828.8RM4/I195.6RM5/I414RM6S/I888RM7/I1389.2RM8/I2874.7跟據(jù)下表選擇跟據(jù)下表選擇PJ3018選擇條件： 1.flyback 2.假設(shè)限高20mm 3.要求高功率密度 4. 無(wú)風(fēng)鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APPJ30188784PJ331913326BBN for J3018圈數(shù)的計(jì)算與選擇圈數(shù)的計(jì)算與選擇 1. 圈比的計(jì)算圈比的計(jì)算 . 46. 4)1

34、 ()/(maxmaxminDVVDVndo 2. 圈比的合理性圈比的合理性 . 2 .18argdoinindsmdsVVVVVn12. 1argoindmmdminVVVVnn=4.46滿足要求滿足要求 3. 圈數(shù)的計(jì)算圈數(shù)的計(jì)算 . Mos耐壓耐壓Vds=600V,裕量裕量Vdsmargin=150VDiode耐壓耐壓Vdm=150V,裕量裕量Vdmmargin=50V30)2/(maxminBacAefDVNps77 . 6/nNpNs回算：3123.31nNsNp取：731NsNp圈數(shù)的計(jì)算與選擇圈數(shù)的計(jì)算與選擇 3. 驗(yàn)算圈比和驗(yàn)算圈比和Duty Cycle . 42. 4/NsN

35、pn 4. 計(jì)算氣隙計(jì)算氣隙 . 5. 鐵心中磁通的計(jì)算鐵心中磁通的計(jì)算 . 滿足要求448. 0)(min/()(maxVdVonVVdVonD滿足要求跟據(jù)得到mmlgap32. 0可以加工交流磁通)( 1 . 0)2/(maxminTAefNpDVBacs直流磁通)(186. 0)21 (TAeNpIpkKrpLpBdc最大磁通BsTBdcBacB8 . 0)(286. 0max滿足要求繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 1.計(jì)算導(dǎo)線截面積計(jì)算導(dǎo)線截面積 . 2209. 0mmJpIprmsAwp2026. 1mmJsIsrmsAws前面已得出：前面已得出：Iprms=1.046A Jp=5

36、00A/cm2對(duì)于反激電路，副邊電流前面給定Js=500A/cm2 2.導(dǎo)線類別和線包結(jié)構(gòu)的初選導(dǎo)線類別和線包結(jié)構(gòu)的初選 . 52. 04AwpD原邊線徑單心線0.55mm,多股線0.1x30C副邊線徑15. 14AwsDTIW 均小于1.0,取TIW0.8x2線包結(jié)構(gòu)：常規(guī)變壓器，原副原三明治結(jié)構(gòu))(13. 5) 13()1 (/2maxAKrpKrpDIIspksrms繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 3.在在design tool中計(jì)算中計(jì)算Re/Rdc . 線型線型導(dǎo)線層數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)導(dǎo)線層數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)Re/Rdc0.1*30c5.51.050.1*30c111.20.811

37、.680.823.86 4.導(dǎo)線的排布導(dǎo)線的排布 . P繞組繞組1,14Ts,0.1x30c,實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.75mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmS繞組繞組 7圈圈 TIW 0.8x2線線 2層層 除去絕緣實(shí)除去絕緣實(shí)厚約厚約1.9mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmP繞組繞組2,17Ts,0.1x26c, 實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.75mm其中內(nèi)層其中內(nèi)層13圈圈,外層外層4圈圈,占用占用1.5mm線包總厚度線包總厚度:5.1mm BBN壁與壁與Core 之間之間5.35mm繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與

38、選擇 5.繞組損耗的計(jì)算繞組損耗的計(jì)算 . 0.1x30C+0.8TIWx2,sandwich,總厚度總厚度2.91mm原邊直流電阻原邊直流電阻1739. 0/ AwpNpMLTRpdc183. 005. 1RpdcRpe原邊等效電阻原邊等效電阻副邊直流電阻副邊直流電阻0092. 0/ AwsNsMLTRsdc0155. 068. 1RsdcRse副邊等效電阻副邊等效電阻繞組損耗繞組損耗,考慮到氣隙的擴(kuò)散效應(yīng)造成的損耗，考慮到氣隙的擴(kuò)散效應(yīng)造成的損耗，Pw估測(cè)損耗增加估測(cè)損耗增加30%WRseIsrmsRpeIprmsPw79. 0)(3 . 122變壓器的其它性能參數(shù)變壓器的其它性能參數(shù) .

39、鐵心損耗鐵心損耗 . )(147. 0WfBCPysxacmc 2.變壓器總損耗耗變壓器總損耗耗 . )(937. 0WPPPwcT 3.變壓器損耗比重變壓器損耗比重 . %44. 1/oTPP變壓器的其它性能參數(shù)變壓器的其它性能參數(shù) 4.漏感的估算漏感的估算 . 65)5(562254233)3(3421132121) 1(121)(xxxifxxxxHHxxxifHxxxifxxxxHHHxxxifHxxxifxxxxHxHH對(duì)x的函數(shù)漏感能量與電感之間的關(guān)系：漏感能量與電感之間的關(guān)系：22021)(21ILdVxHEkVwinLkwin計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)

40、際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小10.74.490.75x14T0.8x7T 0.75x17T磁心對(duì)稱軸磁心對(duì)稱軸70.420.42H14AT-17ATuHLk39. 2x線包截面及相對(duì)尺寸線包截面及相對(duì)尺寸Flyback輔助繞組的電壓調(diào)整輔助繞組的電壓調(diào)整常見做法:主輸出Vo1有反饋控制,輔助輸出不控,由Nso1與Nso2的變比決定輸出電壓常見問(wèn)題:主輸出Vo1重載,Vo2電壓漂高.多路輸出的交差調(diào)整問(wèn)題漂高原因電壓spike解決方法:1.加強(qiáng)輔助繞組與受控副邊間的偶合,強(qiáng)化受控輸出對(duì)輔助輸出電壓的鉗位(主要因素)2.盡可能地減小輔助輸

41、出與原邊間的偶合，減小原副邊轉(zhuǎn)換時(shí)的電壓尖峰對(duì)輔助繞組的影響(次要因素)做法：PS1Aux(S2)AuxSecPriGood coupleBad couple全橋變壓器的設(shè)計(jì)全橋變壓器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)1最小直流輸入電壓最小直流輸入電壓Vmin (V)390用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流用于直接計(jì)算一次側(cè)的電流(Iin,Ip), 原邊電壓原邊電壓(Vp), 計(jì)算變壓器磁心損耗計(jì)算變壓器磁心損耗Pc和交流磁通和交流磁通Bac2輸出電壓輸出電壓 Vo (V)12用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率, 實(shí)際占空比實(shí)際占空比, 3輸出電流輸出電流 Io (A)50用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率,二次側(cè)電流二次側(cè)電流(Is

42、),輸出電感電流輸出電感電流(ILo)4輸出二極管壓降輸出二極管壓降 Vd (V)0.3用于計(jì)算功率用于計(jì)算功率5工作效率工作效率 h h0.95用于計(jì)算輸入功率用于計(jì)算輸入功率(Pin), 一次側(cè)電流一次側(cè)電流(Iin,Ip)6開關(guān)頻率開關(guān)頻率 f (kHz)100用于選擇磁性材料用于選擇磁性材料,計(jì)算電流計(jì)算電流(Ip,Is,ILo)9環(huán)境溫度環(huán)境溫度 Ta ()25限制磁心損耗和繞組電流密度限制磁心損耗和繞組電流密度10允許溫升允許溫升 Tr ()751.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù)2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)1原邊繞組允許電流密度原邊繞組允許電流

43、密度 Jp (A/cm2)600通常設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)時(shí),繞組電流密度在繞組電流密度在400-600之間之間,功率較小或者散熱條件較好功率較小或者散熱條件較好,如有風(fēng)如有風(fēng), PCB繞組等繞組等,可以升到可以升到1000, 而對(duì)于一些特殊的繞組而對(duì)于一些特殊的繞組, 如散熱較差或頻率太高可以考慮降低到如散熱較差或頻率太高可以考慮降低到3002副邊繞組允許電流密度副邊繞組允許電流密度 Js (A/cm2)8003窗口利用率窗口利用率 Ku0.2常用的鐵氧體磁心常用的鐵氧體磁心,變壓器變壓器Ku不超過(guò)不超過(guò)0.2, 單繞組電感單繞組電感,0.25, 環(huán)形電感尺寸從小到大可以選擇環(huán)形電感尺寸從小到大可以

44、選擇不超過(guò)不超過(guò)0.35到到0.45用用AP法選擇磁心法選擇磁心1.AP的計(jì)算的計(jì)算Ipk原邊電流波形原邊電流波形)(615)(WIVVPodoo2.計(jì)算原邊平均電流計(jì)算原邊平均電流Iin)(66. 1/minAVPoIinh3.預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖Ipk)(69. 3/maxADIIinpk4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值預(yù)計(jì)算原邊電流有效值Iprms)(5 . 2maxADIIpkprms1.輸出功率輸出功率Po6.計(jì)算計(jì)算AP5.Bmax選擇選擇跟據(jù)頻率選擇材料為跟據(jù)頻率選擇材料為DMR44,全橋磁心在全橋磁心在1-3相相限工作，限工作，跟據(jù)跟據(jù)Bs選擇選擇Bmax=Bac=0.

45、2017)(17500)1 (4maxmaxminmmKuJfBDVIAwAeAPpsprmsh鐵心的選擇鐵心的選擇跟據(jù)跟據(jù)AP選擇鐵心選擇鐵心鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APPQ 20/162932.8PQ 20/204117.8PQ 26/207305.4PQ 26/2510143PQ 32/2013604.5PQ 32/3024899.7PQ 35/3541800鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APRM10/I6168.9RM12/I14962.1RM14/I28828.8RM4/I195.6RM5/I414RM6S/I888RM7/I1389.2RM8/I2874.7跟據(jù)下表選擇跟據(jù)下表選擇PQ3230選擇條件：

46、 1.全橋 2.假設(shè)限高35mm 3.要求高功率密度 4. 有風(fēng)鐵心規(guī)格鐵心規(guī)格APPJ30188784PJ331913326PQ3230BBN繞線空間繞線空間圈數(shù)的計(jì)算與選擇圈數(shù)的計(jì)算與選擇 . 圈數(shù)的計(jì)算圈數(shù)的計(jì)算 . 2605.26)2/(maxminBacAefDVNps1913. 0221maxminDVVVNpNsNsdo285 .282maxmindoVVDVNsNp復(fù)算Np圈數(shù)的計(jì)算與選擇圈數(shù)的計(jì)算與選擇 2.原邊無(wú)氣隙電感的計(jì)算原邊無(wú)氣隙電感的計(jì)算 . MPL=71.8mmmHMPLNpAeLpi499. 502Ae=149mm2, Bac=200mT 3.變壓器的變比變壓器

47、的變比 . 4.實(shí)際最大占空比實(shí)際最大占空比 . 28/NsNpn45. 0442. 02minmaxodoVVVVNpDD最大值滿足要求繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 1.計(jì)算導(dǎo)線截面積計(jì)算導(dǎo)線截面積 . 2416. 0mmJpIprmsAwp2153. 4mmJsIsrmsAws前面已得出：前面已得出：Iprms=4.99A Jp=600A/cm2對(duì)于全橋電路，副邊電流前面給定Js=600A/cm2 2.導(dǎo)線類別和線包結(jié)構(gòu)的初選導(dǎo)線類別和線包結(jié)構(gòu)的初選 . 72. 04AwpD原邊線徑單心線單心線0.8mm,多股線多股線0.1x50C副邊線徑3 . 24AwsD線徑過(guò)粗線徑過(guò)粗,選用銅箔

48、選用銅箔0.1x16,常規(guī)繞法常規(guī)繞法)(28.33maxADIIosrms繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 3.在在design tool中計(jì)算中計(jì)算Re/Rdc . 線型線型導(dǎo)線層數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)導(dǎo)線層數(shù)，或銅箔繞組圈數(shù)Re/Rdc0.1*100c101.1570.1*200c84.550.812.740.2銅箔銅箔11.810.6銅箔銅箔15.44厚度大于0.2mm的銅箔,損耗基本相同繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 4.導(dǎo)線的排布導(dǎo)線的排布 . P繞組繞組1,14Ts,0.1x50c,實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約0.95mmP-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmS1 和和S2各各1圈圈 0.2x16銅箔銅箔,實(shí)厚實(shí)厚0.7P-S繞組間絕緣和繞組間絕緣和Shielding共厚約共厚約0.42mmP繞組繞組2,14Ts,0.1x50c, 實(shí)際厚度約實(shí)際厚度約095mm常規(guī)結(jié)構(gòu)常規(guī)結(jié)構(gòu)繞組的計(jì)算與選擇繞組的計(jì)算與選擇 5.繞組損耗的計(jì)算繞組損耗的計(jì)算 . 0.1x50C+0.2X16 copper,sandwich,總厚度總厚度2.91mm原邊直流電阻原邊直流電阻108. 0/ AwpN