反激式開關(guān)電源設(shè)計的思考(5)

1、反激式開關(guān)電源設(shè)計的思考五                               常用公式的理解        在反激式開關(guān)電源設(shè)計之前，我們必須對要用到的公式有所了解，這樣不至于造成不管公式適用條件如何，拿來就用，以致看似

2、合理實(shí)則差之遠(yuǎn)矣。下面將在反激式開關(guān)電源設(shè)計中常用的公式分析如下：  再講電源設(shè)計用公式前先看一看一些基本的知識。一、基本知識1.磁場的產(chǎn)生：磁場是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，變壓器磁芯中的磁場是由繞組中的傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，磁鐵的磁場是由“分子電流”產(chǎn)生。2.右手定則右手定則用于判斷通電螺線管的磁極（N極S極，或者說磁力線的方向），用右手握住螺線管，彎曲的四指沿電流回繞方向?qū)⒛粗干熘?，這時拇指指向螺線管的N極或者磁力線的方向。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，同時，運(yùn)動的電荷在磁場中又會受到力的作用。由此，人們通過在磁場中運(yùn)動的電荷所受磁場力的大小來反映磁場的強(qiáng)弱；讓不同電量（q>0）

3、的電荷，在垂直磁場的方向以不同的速度運(yùn)動，該電荷就會受力，雖然電荷在各點(diǎn)受磁場力的大小不同，但是力與電荷量以及速度的比值在同一點(diǎn)卻是相同的，唯一的，這個值就反映了該點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱。因此：B F q.v             （1）該式的物理意義為：磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，在數(shù)值上等于單位正電荷，以單位速度沿垂直磁場方向運(yùn)動時，所受力的大小。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位： 4.磁通量磁場不僅有強(qiáng)弱還有方向，用磁力線能很好的表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，磁力線是一些圍繞電流的閉合線，沒有起點(diǎn)

4、也沒有終點(diǎn)的曲線。把垂直穿過一個曲面的磁感應(yīng)線的條數(shù)稱為穿過該面的磁通量。用表示。也形象的將磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為磁通密度，兩者關(guān)系如下：B·S                 （2）磁通的單位：1T·m2 = 1Wb（韋伯）5.磁場強(qiáng)度H既然點(diǎn)電荷之間的相互作用服從庫侖定律，那么，庫侖認(rèn)為點(diǎn)磁荷也應(yīng)有類似的定律。此式為磁的庫侖定律；既然電場強(qiáng)弱可通過點(diǎn)電荷去測量，那么磁場的強(qiáng)弱也就可用點(diǎn)磁荷來測量，類似的，把點(diǎn)磁荷放在磁場

5、中，根據(jù)其受力的大小就可反映該點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，因此就引入了磁場強(qiáng)度的物理量HH Fqm0                     (4該式中F是試探點(diǎn)磁荷qm0在磁場某點(diǎn)所受的力，該式的物理意義：磁場中某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度H的大小在數(shù)值上等于單位磁荷在該點(diǎn)所受到的磁場力的大小。6.安培環(huán)路定理磁感應(yīng)線是套連在閉合載流回路上的閉合線，若取磁感應(yīng)強(qiáng)度沿磁感應(yīng)線的環(huán)路積分，則磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任何閉合環(huán)路L的線積分，

6、等于穿過這個環(huán)路所有電流的代數(shù)和的0倍。(LB·dl =0I               （5）在有磁介質(zhì)時，安培環(huán)路定律表示為：LB·dl =0（I Is）       （6）(6式中：Is為磁化電流        I 傳導(dǎo)電流介質(zhì)內(nèi)任何曲面S的磁化電流強(qiáng)度 Is為Is LM dl  &

7、#160;                （7）（7）式中，M為磁化強(qiáng)度，在數(shù)值上等于磁化面電流密度代（7）式入（6）式得：LB·dl =0（I LM dl）或：L（ M）·dl =I令：H   M則：LH·dl =I                （8）（8

8、）式表示：磁場強(qiáng)度沿任一閉合路徑的線積分只與傳導(dǎo)電流有關(guān)。也說明傳導(dǎo)電流確定以后，不論磁場中放進(jìn)什么樣的磁介質(zhì)，也不論磁介質(zhì)放在何處，磁場強(qiáng)度的線積分都只與傳導(dǎo)電流有關(guān)。因而，引入磁場強(qiáng)度H這個物理量后，就可繞過磁介質(zhì)磁化，磁化電流等不方便測量、處理等一系列問題，而可方便的從宏觀上處理磁介質(zhì)的存在時的磁場問題。7.磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的關(guān)系磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都是反映磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度是根據(jù)在磁場中垂直運(yùn)動的電荷受力這個特點(diǎn)出發(fā)，通過運(yùn)動電荷在磁場中受力大小及方向反映磁場的強(qiáng)弱及方向的。磁場強(qiáng)度是根據(jù)兩個磁荷間總有作用力這個特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，通過在磁場中放探試點(diǎn)磁荷，根據(jù)點(diǎn)磁荷

9、在該點(diǎn)受力大小和方向來反映磁場的強(qiáng)弱及方向的。也就是說，由于人們對磁的認(rèn)識的觀點(diǎn)不同而使對同一個物理現(xiàn)象用不同的物理量來描述的。在磁荷觀點(diǎn)中，為描述磁場的強(qiáng)弱而引入了磁場強(qiáng)度H，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B是作為輔助量引入的；相反，在分子電流觀點(diǎn)中，為描述磁場的強(qiáng)弱而引入了磁感應(yīng)強(qiáng)度B，而磁場強(qiáng)度H時作為輔助量引入的。引入磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都只是表示磁場在某點(diǎn)的強(qiáng)弱及大小，磁場是自然存在的，它在某點(diǎn)的大小和方向是客觀存在的，不會因?yàn)楸硎镜姆椒ú煌兴淖?。由磁場?qiáng)度H的定義式可知：上式中：0絕對磁導(dǎo)率        r相對磁導(dǎo)率

10、60;        磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率8.法拉第電磁感應(yīng)定律穿過單匝導(dǎo)線回路的磁通量變化時，會在導(dǎo)體回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路磁通量的變化率d/ dt 成正比。K d/ dt                 （12）若全采用國際單位制，K1d/ dt當(dāng)為N匝導(dǎo)線組成的回路時N d/ dt     &

11、#160;           （13） 法拉第電磁感應(yīng)定律表明，決定感應(yīng)電動勢大小的是磁通隨時間的變化率，而不是磁通量本身的大小，也就是說保持恒定大小的磁通量是不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的。9.自感系數(shù)L對于密繞N匝的線圈，電流I在各匝線圈中產(chǎn)生的磁通基本相同，線圈產(chǎn)生的自感電動勢為：（14）式說明了自感電動勢與自感磁鏈的關(guān)系，而自感磁鏈與線圈中的電流成正比：L I           

12、60;             （15）式中，系數(shù)L稱為自感系數(shù)，I與均為由方向性的物理量，在合適的符號規(guī)定下，可保證自感磁鏈與電流同時為正或同時為負(fù)，因而保證自感系數(shù)恒為正。代（15）入（14）得：由該式可知，自感系數(shù)L在數(shù)值上等于單位電流引起的自感磁鏈，但是自感系數(shù)就象電阻器的電阻一樣，是該器件本身的一種屬性，是自然存在的，和是否有電流流過以及電流大小都無關(guān)，它只決定于線圈本身的大小，形狀以及周圍介質(zhì)等因素。10.有效值，平均值（以電流為例）11.次級有效值，平均值（以電

13、流為例）二、開關(guān)電源設(shè)計部分相關(guān)公式：1.變比匝數(shù)比：NN Np / Ns                               (20但是在設(shè)計變壓器之前并不知道初次級線匝匝數(shù)，匝數(shù)比的確定很大程度上取決于開關(guān)管的耐壓值，由于輸入最高直流電壓，變壓器的漏感和反射電壓一起確定了開關(guān)管在截止瞬間

14、所要承受的最大的電壓值，其中反射電壓是由輸出電壓和變比確定的，若開關(guān)管所能承受的最大電壓為Vm，那么：Vm = Uinmax + N(V0+Vd + Vpk + Vy        (21式中：Uinmax為最大直流輸入電壓      Vo  輸出電壓      Vd輸出二極管管壓降      Vp漏感所產(chǎn)生的尖峰電壓    &

15、#160; Vy安全電壓裕量    其中，漏感電壓可通過變壓器制作工藝和增加阻容吸收電路來抑制；可見，改變匝數(shù)比能控制開關(guān)管的威脅，對于220或380電網(wǎng)來說，開關(guān)管的耐壓已不成問題，在設(shè)計中常常根據(jù)反射電壓直接確定匝數(shù)比；     VoR = N(VO+VD                      

16、60;   (22     220V交流電壓時，VoR常取150V左右     380V交流電壓時，VoR常取200V左右     可根據(jù)具體情況調(diào)整即可。2.初級匝數(shù)：Np根據(jù)電磁感應(yīng)定律首先確定B，B的選擇保證變壓器正常工作時不會飽和，一般主要根據(jù)磁性材料和開關(guān)電源頻率決定，磁材確定Bs，開關(guān)頻率影響磁耗，磁耗過大，磁芯溫升越高，一般磁芯從25到100，Bs下降30，因此開關(guān)頻率越高，B占Bs的比例越小，以下是一個資料的建議：  &

17、#160; 頻率f         最大工作磁通密度    <50kHz              0.5Bs    <100 kHz           0.4Bs    <500

18、kHz            0.25Bs    <1M kHz             0.1Bs可見，此式是在開關(guān)管導(dǎo)通時間時保證磁芯不飽和的情況下選擇初級匝數(shù)，即由B去確定Np3.初級電感量:Lp由自感系數(shù)的定義可知：要計算電感必須知道初級電流Ip4.初級峰值電流:Ip反激式開關(guān)電流在開關(guān)管導(dǎo)通時變壓器就像是僅有一個初級線圈的電感器，輸入的能量由初級線圈轉(zhuǎn)化為磁場能存入磁芯和氣隙中?？梢?，在最低輸入電壓時保證輸出功率的情況下選擇最大Ip。5.匝數(shù)N，反射電壓Vor和最大占空比Dm在功率開關(guān)管導(dǎo)通期間，開關(guān)變壓器的磁芯磁通隨初級繞組電流Ip的增大而增大；在功率磁開關(guān)管截止期間，磁通隨次級繞組電流減小而減??；設(shè)磁通的最小值