變壓器與電感器的設(shè)計(jì)核心

1、損耗確認(rèn):在3.2:節(jié)已對(duì)反激變壓器的損耗進(jìn)行了分析,但如何確認(rèn)實(shí)際的情況,只有實(shí)測(cè)原副邊繞組和磁芯的溫度,而且要在無(wú)風(fēng)的條件下測(cè)量,并根據(jù)溫度進(jìn)行改進(jìn),使銅損等于鐵損,且原副邊的銅損相等。但實(shí)測(cè)原副邊繞組的溫度很困難,所以,要保證原副邊繞組的銅損相等,必須按原副邊繞組總的銅面積相等的原則選定線徑。磁芯尺寸:要知道磁芯的尺寸是經(jīng)過(guò)反復(fù)優(yōu)化而確定的,目的是傳輸更大的功率和減小寄生參數(shù),所以,在使用磁芯時(shí),窗口一定要用滿(mǎn),如原副邊繞組一定要繞滿(mǎn)窗口,否則就一定會(huì)有不妥之處,如選的磁芯型號(hào)過(guò)大等等。半匝:在多繞組輸出時(shí),偶爾會(huì)為得到準(zhǔn)確的輸出電壓而使用半匝,但要搞清楚半匝的本質(zhì),從電流必須流過(guò)完整的

2、回路角度看,半匝其實(shí)并不真正存在,只是另一半是由其余線路來(lái)充當(dāng)而已。這樣一來(lái),漏感大增是肯定的,故此,半匝不能在主要繞組上使用。另外還有安規(guī)方面的問(wèn)題。所以要慎用半匝。線路對(duì)漏感有驚人的影響,特別是變壓器匝比較大時(shí),所以,良好的布線是保證漏感較小的前提,因此,變壓器漏感的測(cè)量要在PCB 板上進(jìn)行,在輸出二極管D 和電解電容C 的位置,要用短粗銅線短接,這樣測(cè)ab 點(diǎn)之間的漏感值才是在電路中起作用的漏感,千萬(wàn)不要被錯(cuò)誤的測(cè)量而誤導(dǎo)。漏感測(cè)量:為了減小漏感,我們花費(fèi)很大的精力在變壓器上進(jìn)行改善,并測(cè)得有不超過(guò)23%的漏感,深感欣慰。但不要忘記, PCB Q Vin+C Np Ns Vo+Vo-ab

3、 D脈沖丟失:反激變換器在輕載或空載時(shí),會(huì)有脈沖丟失的現(xiàn)象,其原因是反激變壓器開(kāi)通一次所存的能量超過(guò)負(fù)載的需求,電壓環(huán)的誤差放大器處于隨機(jī)工作狀態(tài)所致。增大電感量會(huì)有改善,但只增電感量會(huì)有其他問(wèn)題產(chǎn)生,所以,還是在電路上尋找改善的辦法,如增大D max 、降低f s 、增加假負(fù)栽、加大電流前沿尖峰的削減等等。4.3:正激變壓器:是用于能量傳輸?shù)拇判栽?其本身并不存有能量,但因鐵氧體的磁導(dǎo)率不是無(wú)限大等因素所致,其寄生的勵(lì)磁電感和漏感還是會(huì)存儲(chǔ)一定的能量,但與反激變壓器有本質(zhì)的區(qū)別。正激變壓器磁芯材質(zhì)的選擇與反激變壓器一樣,都是錳鋅鐵氧體-在1MHz以下頻段具有良好的磁性能,特別是損耗特性。正

4、激變壓器磁芯型號(hào)的選取,理論上同樣有面積乘積法或幾何參數(shù)法來(lái)確定磁芯的型號(hào)方法,但實(shí)際上沒(méi)有人使用,幾乎所有人都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇磁芯的型號(hào)。與反激變壓器磁芯型號(hào)的選擇一樣,先根據(jù)成功案例初步確定磁芯的Ve值,然后再根據(jù)情況確定磁芯的型號(hào),最后進(jìn)行可靠性的驗(yàn)證。再次強(qiáng)調(diào),驗(yàn)證決不能缺少,理論上要核算,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證要再最?lèi)毫訔l件下的,如高溫過(guò)流時(shí)、高溫過(guò)壓時(shí)、過(guò)溫保護(hù)時(shí)等,只在正常環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。副邊匝數(shù):根據(jù)預(yù)先估定的B 值,可根據(jù)上面的公式計(jì)算副邊匝數(shù)Ns ,并取整,注意,副邊匝數(shù)一般都比較少,取整后可能會(huì)導(dǎo)致B 值有較大的變化,請(qǐng)折衷考慮。原邊匝數(shù):在U IN min 、D max

5、時(shí),確定正激變壓器的變比n ,然后計(jì)算出原邊匝數(shù)Np ,并取整,取整后會(huì)導(dǎo)致D max 有微小的變化,請(qǐng)予以留心。鐵損:變壓器副邊的伏秒值對(duì)應(yīng)一個(gè)B ,。切記,此B 值并非指變壓器磁芯磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量,只是衡量變壓器磁芯磁化損耗的一個(gè)指標(biāo),否則很容易得出磁通會(huì)飽和的錯(cuò)誤結(jié)論。根據(jù)不同的環(huán)境溫度、散熱方式等,B 值會(huì)選10003000 Gass 不等,12001500Gass 是一般的選擇范圍,此時(shí)的鐵損比較適中,在大多情況下都能被接受。S N N e T U B S =A O N銅損:正激變壓器原副邊中電流為梯形波,根據(jù)2.4:節(jié)所述,占空比減小時(shí),交流有效值及總有效值均增大,所以,設(shè)計(jì)正激

6、變壓器要在U IN max下進(jìn)行。因正激變壓器原副邊同時(shí)有電流流過(guò),結(jié)果是不僅有集膚效應(yīng),還有影響更大的鄰近效應(yīng)。在2.3節(jié)、3.3節(jié)中對(duì)減小集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)有詳細(xì)的論述,可按2.3 、3.3節(jié)中介紹的方法來(lái)減小原副邊的交流電阻,進(jìn)而減小原副邊的銅損。正激變壓器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一是解決鄰近效應(yīng),不能很好解決這個(gè)問(wèn)題,就談不上會(huì)設(shè)計(jì)正激變壓器,所以,希望大家能在這方面多下點(diǎn)工夫,不強(qiáng)求最優(yōu),但怎么也得說(shuō)得過(guò)去。總損耗:與反激變換器相比,鄰近效應(yīng)的影響更大一些,僅僅使原邊繞組總的橫截面積相于副邊繞組總的橫截面積還不一定確保原副邊的銅損相等,必須通過(guò)實(shí)測(cè)原副邊繞組的溫度才能確定。在3.2:節(jié)分析原副邊

7、的銅損時(shí)講過(guò),原副邊銅損有小于20%的差異時(shí),總的繞組損耗還是處于比較小的、能夠接受的區(qū)域,所以,使原副邊繞組總的銅面積相等即可,不必過(guò)于強(qiáng)求。4：變壓器與電感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 郝建國(guó) 漏感：對(duì)于原副邊繞組的漏感，在3.3:節(jié)中已有詳細(xì)的論述，即講 了原副邊繞組漏感有什么不良影像，又分析了漏感產(chǎn)生的原因，也 給出了抑制與削減的辦法。一句話(huà)，解決好鄰近效應(yīng)的影響，也就 解決了漏感的問(wèn)題。 漏感產(chǎn)生的根源是鄰近效應(yīng)，這使得漏感的測(cè)量基本不可能，至少 是準(zhǔn)確測(cè)量是不可能的。我們常常單獨(dú)測(cè)量正激變壓器的漏感，測(cè) 量的結(jié)果僅僅是結(jié)構(gòu)等因素導(dǎo)致的漏感，鄰近效應(yīng)、PCB線路兩大 主要因素卻沒(méi)有體現(xiàn)，這點(diǎn)一定要清

8、楚，否則就是自己騙自己。 D1 Vin + a Np Ns D2 Vo + b Vo - Q 鄰近效應(yīng)的影響沒(méi)辦法測(cè)量， 但PCB線路的影響還是很容易 測(cè)量到的，為了測(cè)量能更準(zhǔn)確 一些，一定要PCB上測(cè)量，整 流、續(xù)流二極管的位置用短粗 銅線短接，這樣測(cè)ab點(diǎn)之間的 漏感值會(huì)準(zhǔn)確一些。 注意：能不能說(shuō)清楚測(cè)量時(shí)短接副邊的原因？ 4：變壓器與電感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 郝建國(guó) 磁芯飽和：與反激變換器不同，正激變壓器原邊中的電流不能反映 磁芯的磁化狀態(tài)，必須采取額外的措施防止的磁芯飽和。在高電壓 起機(jī)時(shí)，占空比被完全放開(kāi)，磁芯很容易飽和，所以，必須有控制 占空比的措施。 如果是UC3845類(lèi)有Dmax的PW

9、M芯片，針對(duì)Uinmax、 Dmax進(jìn)行核 算，確保磁芯不飽和。 如果是UC3843類(lèi)沒(méi)有Dmax的PWM芯片，必須采取軟啟動(dòng)措施， 防止起機(jī)時(shí)磁芯飽和。 為防止正激變壓器磁芯飽和，有一些人會(huì)采取磁芯開(kāi)氣隙的辦法， 這不是一個(gè)好辦法，既不能從根本上解決問(wèn)題，有帶來(lái)其它方面的 不良影響。 具有軟開(kāi)關(guān)的變換器需要一個(gè)諧振過(guò)程，就直接在正激變壓器磁芯 上開(kāi)小氣隙，獲取一定的漏感用于諧振，僅此而已，千萬(wàn)不能錯(cuò)誤 理解他人的目的。 4：變壓器與電感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 郝建國(guó) 磁通平衡：反激變壓器的原副邊繞組分別進(jìn)行勵(lì)磁與去磁，而正激 變壓器的副邊繞組卻不能承擔(dān)勵(lì)磁電感去磁工作，必須有另外的繞 組或外電路來(lái)完成勵(lì)磁電感去磁。 原邊再并繞一個(gè)繞組，由這個(gè)繞組將勵(lì)磁電感所存的能量通過(guò)外電 路回饋給供電電源，但要注意這兩個(gè)繞組與占空比的關(guān)系，否則也 不能實(shí)現(xiàn)磁通平衡。 由外電路來(lái)完成勵(lì)磁電感磁復(fù)位的典型電路是有源箝位電路，勵(lì)磁 電感所存的能量先釋放給箝位電容，然后箝位電容在將能量反灌給 勵(lì)磁電感，使勵(lì)磁電感開(kāi)始磁化時(shí)的起始點(diǎn)保持一致。 也常常用RCD電路完成勵(lì)磁電感的磁復(fù)位，原理是用R消