反激变换器的原理与设计(经典)PPT课件.ppt

CP HW开发部贺文涛 反激变换器的原理与设计 1 内容提纲 一 反激变换器的拓扑分析二 反激变换器的基本工作原理三 反激变换器的主功率器件设计四 变压器设计中几个概念的探讨五 输入滤波器中几个概念的简单介绍 2 一 反激变换器的拓扑分析 a 是降压变换器 b 是升压变换器 一般不超过5倍 c 是升降压变换器 d 是隔离的升降压变换器 3 一 反激变换器的拓扑分析 BUCK BOST变换器 既可以升压也可以降压 太阳能LED照明灯一种应用电路 BUCK BOST变换器应用举例 希望大家能理解 4 一 反激变换器的拓扑分析 Flyback变换器的特点 1 具有隔离功能的BUCK BOST变换器2 既可以升压也可以降压 16V 100V输入 24V输出 反激 5 二 反激变换器的基本工作原理 一 反激变换器的工作过程 二 反激变压器的气隙问题 三 反激变换器的假负载问题 四 反激变换器的占空比问题 6 二 反激变换器的基本工作原理 开通 关断 1 开通 把能量存储在磁芯和气隙里 2 关断 把存储在磁芯和气隙里能量通过次级绕组释放给负载 一 反激变换器的工作过程 7 二 反激变换器的基本工作原理 二 反激变换器的气隙问题 现在我们假设存在气隙 则存储在磁芯中的能量 存储在气隙中的能量 真空磁导率 相对磁导率 Lg气隙长度 反激变换器的能量究竟是存在气隙里还是磁芯里 8 二 反激变换器的基本工作原理 相对磁导率为2000气隙长度为1mm 磁路长度为100mm 的磁环 假设有一个变压器 结论 反激变换器决大部分能量存储在气隙里 磁路和电路的相似性去理解磁路 9 二 反激变换器的基本工作原理 1 如果把气隙继续加大 那么存储的能量是否一直加大 2 反激变换器为什么要加气隙 3 如果不加气隙反激变换器能工作吗 思考题 漏掉的太多啦 储能啊 举例 1 不加气隙 2 正激变换器加了气隙 10 二 反激变换器的基本工作原理 三 反激变换器的假负载问题 反激变换器如果没有负载 会出现什么情况 炸 有时候我们看不到假负载 并不代表没有假负载 可能是利用电压采样电路代替假负载 11 二 反激变换器的基本工作原理 四 反激变换器的占空比问题 一般情况下 反激变换器的占空比都做成小于50 这样做的目的 可能是因为反激功率比小 做成电流断续模式比较容易 但是我们应该明白 反激变换器的占空比可以大于50 从理论上说 只要满足伏秒平衡既可 小于50 大于50 举例 MPW1500 48A就把反激做成70 12 三 反激变换器功率器件的设计 1 功率变压器的设计2 功率MOS管的选择3 功率整流管的选择 13 1 功率变压器的设计 1 确定匝比 说明 最大占空比一般情况下我们设计为小于0 5 如果是刚学设计变压器 不妨设为0 5 匝比要保证在最低输入电压情况下能满载输出 14 1 功率变压器的设计 2 磁芯的初步选择 有经验的工程师 基本上一步选择到位 然后稍加调整既可 对于我们刚刚上手的兄弟们 我们可以通过查表 粗略的估计变压器的基本型号 15 1 功率变压器的设计 16 1 功率变压器的设计 3 确定原边匝数 从公式可以看出 在确定原边匝数的时候 我们需要确定四个量 1 原边峰值电流2 原边电感3 磁芯截面积4 磁感应强度 磁感应强度一般不超过0 3T 17 1 功率变压器的设计 现在我们知道了 1 磁芯型号2 原边匝数3 副边匝数 对于变压器设计来说 我们相当于完成了30 的任务 但是我们心里有底了 剩下的任务 1 确定原边线径大小2 确定副边线径大小3 确定气隙4 确定绕法5 计算损耗6 别忘了还有穿透深度的问题 选导线要注意 18 2020 1 8 19 2 功率MOS管的选择 功率MOS管选择的最主要参数 1 MOS管关断期间承受的最大关断电压2 MOS管开通时承受的最大导通电流 MOS管承受的最大关断电压 输入电压 输出电压 匝比 MOS管承受的最大电流 变压器原边峰值电流 注 这是理论计算数值 实际上比这高 20 3 功率整流管的选择 1 功率整流管承受的最大反向关断电压2 功率整流管承受的最大导通电流 最大反向关断电压 输入电压 匝比 输出电压 最大电流 变压器副边峰值电流 原边峰值电流 匝比 注 这是理论计算数值 实际上比这高 21 四 变压器设计中几个概念的探讨 一 伏秒平衡原理的理解 二 铁损 铜损的讨论 三 导线的的电密一般取为2A mm2 4A mm2 22 一 伏秒平衡原理的理解 法拉第电磁感应定律 可以推出 23 一 伏秒平衡原理的理解 对于反激变换器而言 Q导通期间 磁芯正向磁化 Q关断期间 磁芯反向磁化 正向磁化等于反向磁化 24 一 伏秒平衡原理的理解 伏 秒 伏 秒 结论 原边伏秒积 副边伏秒积 每匝 每匝 伏秒平衡就是磁心正向磁化等于反向磁化 也就是磁平衡 反过来看 25 二 铁损 铜损的讨论 铁损 铜损 的来源 工频变压器设计中 1 绕组较多2 绕组占面积大 在开关电源高频变压器设计中 确定优化设计有很多因素 而 铁损 铜损 其实是最少受关注的一个方面 在高频变压器的设计中 铁损和铜损可以相差较大 有时两者差别甚至可以达到一个数量级之大 但这并不代表该高频变压器设计不好 高频变压器设计中 采用非常细的漆包线作为绕组 这一经验法则并不成立 举例 凌太华的项目 工频变压器优化设计经验 26 三 导线的的电密一般取为2A mm2 4A mm2 结论 1 优化设计与绕组电流密度大小并没有关系 2 这样的取的目的是为了简化计算 但并不是最优 导线的优化设计要点 1 绕组中有多少损耗 2 散热措施是否足够保证温升在允许的范围之内 第一种情况 真空散热时 电密要取的很小 第二种情况 油浸散热时 电密可以取的很大 举例 在开关电源的实际研制中 我们并不关心电流密度是多大 而关心的只是线包有多热 温升和损耗是否可以接受 27 五 输入滤波器概念的简单介绍 1 X电容2 Y电容3 共模电感4 差摸电感 28 1 传导与辐射 开关电源 数字视频设备 传导 辐射 150KHz 30MHz 30MHz 1GHz 29 1 传导与辐射 电磁波的波长与频率的关系式 当频率f 30MHz的时候 电磁波的波长正好是10m 此时我们的电源线还不足一个波长 向空中辐射的效率很低 噪声主要从导线上跑了 2 当频率大于30MHz时 电磁波的波长越来越短 噪声主要以空间辐射为主了 1 当频率大于30MHz时 1 传导测试的频率为 150KHz 30MHz 2 辐射为30MHz 1GHz 因此得出 30 2 共模噪声与差模噪声 共模噪声 共模噪声存在于L与PE之间和N与PE之间 大小相等 相位相同 差模噪声 差模噪声存在于L与N之间 大小相等 相位相差180度 31 3 共模电感与差模电感 共模噪声通路 Lcm1 Cy PE L