反激变换器的原理与设计(经典)演示幻灯片

1,CP-HW开发部贺文涛,反激变换器的原理与设计,2,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,3,一.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；,4,一.反激变换器的拓扑分析,BUCKBOST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:,5,一.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BUCKBOST变换器2.既可以升压也可以降压,16V-100V输入,24V输出,反激,6,二.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:,7,二.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:,8,二.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?,9,二.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.,10,二.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,11,二.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,12,二.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%。,13,三.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,14,1.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,15,1.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.,16,1.功率变压器的设计,17,1.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.,18,1.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,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