变压器与电感器的设计核心.pps

4 变压器与电感器的设计要点郝建国 磁芯尺寸 要知道磁芯的尺寸是经过反复优化而确定的 目的是传输更大的功率和减小寄生参数 所以 在使用磁芯时 窗口一定要用满 如原副边绕组一定要绕满窗口 否则就一定会有不妥之处 如选的磁芯型号过大等等 半匝 在多绕组输出时 偶尔会为得到准确的输出电压而使用半匝 但要搞清楚半匝的本质 从电流必须流过完整的回路角度看 半匝其实并不真正存在 只是另一半是由其余线路来充当而已 这样一来 漏感大增是肯定的 故此 半匝不能在主要绕组上使用 另外还有安规方面的问题 所以要慎用半匝 损耗确认 在3 2 节已对反激变压器的损耗进行了分析 但如何确认实际的情况 只有实测原副边绕组和磁芯的温度 而且要在无风的条件下测量 并根据温度进行改进 使铜损等于铁损 且原副边的铜损相等 但实测原副边绕组的温度很困难 所以 要保证原副边绕组的铜损相等 必须按原副边绕组总的铜面积相等的原则选定线径 线路对漏感有惊人的影响 特别是变压器匝比较大时 所以 良好的布线是保证漏感较小的前提 因此 变压器漏感的测量要在PCB板上进行 在输出二极管D和电解电容C的位置 要用短粗铜线短接 这样测ab点之间的漏感值才是在电路中起作用的漏感 千万不要被错误的测量而误导 漏感测量 为了减小漏感 我们花费很大的精力在变压器上进行改善 并测得有不超过2 3 的漏感 深感欣慰 但不要忘记 PCB 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 脉冲丢失 反激变换器在轻载或空载时 会有脉冲丢失的现象 其原因是反激变压器开通一次所存的能量超过负载的需求 电压环的误差放大器处于随机工作状态所致 增大电感量会有改善 但只增电感量会有其他问题产生 所以 还是在电路上寻找改善的办法 如增大Dmax 降低fs 增加假负栽 加大电流前沿尖峰的削减等等 4 3 正激变压器 是用于能量传输的磁性元件 其本身并不存有能量 但因铁氧体的磁导率不是无限大等因素所致 其寄生的励磁电感和漏感还是会存储一定的能量 但与反激变压器有本质的区别 正激变压器磁芯材质的选择与反激变压器一样 都是锰锌铁氧体 在1MHz以下频段具有良好的磁性能 特别是损耗特性 正激变压器磁芯型号的选取 理论上同样有面积乘积法或几何参数法来确定磁芯的型号方法 但实际上没有人使用 几乎所有人都是根据经验来选择磁芯的型号 与反激变压器磁芯型号的选择一样 先根据成功案例初步确定磁芯的Ve值 然后再根据情况确定磁芯的型号 最后进行可靠性的验证 再次强调 验证决不能缺少 理论上要核算 实验验证要再最恶劣条件下的 如高温过流时 高温过压时 过温保护时等 只在正常环境下进行验证是远远不够的 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 副边匝数 根据预先估定的 B值 可根据上面的公式计算副边匝数Ns 并取整 注意 副边匝数一般都比较少 取整后可能会导致 B值有较大的变化 请折衷考虑 原边匝数 在UINmin Dmax时 确定正激变压器的变比n 然后计算出原边匝数Np 并取整 取整后会导致Dmax有微小的变化 请予以留心 铁损 变压器副边的伏秒值对应一个 B 切记 此 B值并非指变压器磁芯磁感应强度的变化量 只是衡量变压器磁芯磁化损耗的一个指标 否则很容易得出磁通会饱和的错误结论 根据不同的环境温度 散热方式等 B值会选1000 3000Gass不等 1200 1500Gass是一般的选择范围 此时的铁损比较适中 在大多情况下都能被接受 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 铜损 正激变压器原副边中电流为梯形波 根据2 4 节所述 占空比减小时 交流有效值及总有效值均增大 所以 设计正激变压器要在UINmax下进行 因正激变压器原副边同时有电流流过 结果是不仅有集肤效应 还有影响更大的邻近效应 在2 3节 3 3节中对减小集肤效应 邻近效应有详细的论述 可按2 3 3 3节中介绍的方法来减小原副边的交流电阻 进而减小原副边的铜损 正激变压器设计的难点之一是解决邻近效应 不能很好解决这个问题 就谈不上会设计正激变压器 所以 希望大家能在这方面多下点工夫 不强求最优 但怎么也得说得过去 总损耗 与反激变换器相比 邻近效应的影响更大一些 仅仅使原边绕组总的横截面积相于副边绕组总的横截面积还不一定确保原副边的铜损相等 必须通过实测原副边绕组的温度才能确定 在3 2 节分析原副边的铜损时讲过 原副边铜损有小于20 的差异时 总的绕组损耗还是处于比较小的 能够接受的区域 所以 使原副边绕组总的铜面积相等即可 不必过于强求 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 漏感 对于原副边绕组的漏感 在3 3 节中已有详细的论述 即讲了原副边绕组漏感有什么不良影像 又分析了漏感产生的原因 也给出了抑制与削减的办法 一句话 解决好邻近效应的影响 也就解决了漏感的问题 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 漏感产生的根源是邻近效应 这使得漏感的测量基本不可能 至少是准确测量是不可能的 我们常常单独测量正激变压器的漏感 测量的结果仅仅是结构等因素导致的漏感 邻近效应 PCB线路两大主要因素却没有体现 这点一定要清楚 否则就是自己骗自己 注意 能不能说清楚测量时短接副边的原因 邻近效应的影响没办法测量 但PCB线路的影响还是很容易测量到的 为了测量能更准确一些 一定要PCB上测量 整流 续流二极管的位置用短粗铜线短接 这样测ab点之间的漏感值会准确一些 磁芯饱和 与反激变换器不同 正激变压器原边中的电流不能反映磁芯的磁化状态 必须采取额外的措施防止的磁芯饱和 在高电压起机时 占空比被完全放开 磁芯很容易饱和 所以 必须有控制占空比的措施 如果是UC3845类有Dmax的PWM芯片 针对Uinmax Dmax进行核算 确保磁芯不饱和 如果是UC3843类没有Dmax的PWM芯片 必须采取软启动措施 防止起机时磁芯饱和 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 为防止正激变压器磁芯饱和 有一些人会采取磁芯开气隙的办法 这不是一个好办法 既不能从根本上解决问题 有带来其它方面的不良影响 具有软开关的变换器需要一个谐振过程 就直接在正激变压器磁芯上开小气隙 获取一定的漏感用于谐振 仅此而已 千万不能错误理解他人的目的 磁通平衡 反激变压器的原副边绕组分别进行励磁与去磁 而正激变压器的副边绕组却不能承担励磁电感去磁工作 必须有另外的绕组或外电路来完成励磁电感去磁 原边再并绕一个绕组 由这个绕组将励磁电感所存的能量通过外电路回馈给供电电源 但要注意这两个绕组与占空比的关系 否则也不能实现磁通平衡 4 变压器与电感器的设计要点郝建国 其他 设计正激变压器的另外一些细节已在3 3 节有过详细的叙述 这里就不在重复 4 2 节讲述的反激变压器设计的一些方面 在正反激变压器设计时也要同样要注意 只是不能生搬硬套 由外电路来完成励磁电感磁复位的典型电