3.2 反激电源变压器计算方法 - CCM模式 (2)

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除了这个基本概念以外 我们再往下看 前面讲过 就是我们 CCM 连续型的波形 刚才是这样一个波形 那么通过几何的计算我们得到 IDC 直流分量 交流分量 和 有效值 实际上这部分的内容 我们可以去参考 TI Online Training 里面 是有一个 2001 的 Magnetics Design Handbook 在里头呢 有这么个文件 大家可以去下载 那么这里头的是把这些内容 写成了这个 Winding Section 3 Winding 讲的非常的详细 我建议大家从 TI 网站上去下载这个文件 然后看看这些东西怎么来的 怎么回事他都有了 那么这个呢 是我们的开始做这个 CCM 做计算的一个非常重要的一个武器 这是一块 好 我们讲 既然是连续的 电流连续的 那么我们有一些基本的一些关系在这里 第一个关系我们刚才讲的伏秒数相等 也就是我在这个开关管导通的时候 是给这个原边的电感是充磁的 把所有的电压 Vin 加在原边上 那么加的时间乘上这个电压就是伏和秒 那么关闭了之后 实际上是副边在往外输出 如果没又漏感的话 原边断掉也没关系的 那么就等于形成了一个副边的能量往外输出 副边这时候它也会产生一个输出的电压 还有一个 Toff 的时间 为什么正好是 Toff 因为我们连续的对不对 不是开就是关 没有两个都不工作的时候 所以说这是一个伏秒数相等的 这个这么一个关系式 这个比较好理解的 我写这个关系式实际上 默认了变比是 1:1 如果变比不是 1:1 要把变比放进去 通过这个关系我们可以得到 连续电流的模式占空比 就通过这个方式就可以算出来了 就是 Vo/Vin+Vo 第二个有个储能的原则 什么叫储能原则呢 也就是说我们每一个脉冲的时候 我们开通的时候 场效应管开通的时候 它开始往里加能量 那么它是从 I1 开始的 就是 IDS1 开始的 然后呢 等到关闭前的一瞬间呢 那么电流一直爬升到这个地方 爬升到这个地方来 那么就是 IDS2 那它积累的能量是多少呢 是等于 1/2 的 I 平方 Lp 这地方写错了倒过来应该是 IDS2-IDS1 那么这部分是积累的能量 能量是等于什么 都通过副边别放出去了 所以就等于 Po 输出的功率除以效率 这就是储能的一个原则 除此之外 这个大家好理解 输出功率就等于 Vo×Io 这个就不讲了 还有一个呢 就是我们要注意这一个公式 就说我电流通过一个电感上的电流的爬升率 电流的爬升率爬了多少 在这个三角形的爬了多少呢 爬到这个短路的时候 这个驱动开的时候就短路了 就是这个电压加到这个电感上 乘上这个时间 就电压除以电感乘上时间 这就是我们原边电感电流的爬升 就是爬升值就是这么多 这个公式大家非常容易记住 理解 那还有一个呢 就是梯形波的平均值 那就是我们前面讲的这个几何算出来的 就是 IDC 对不对 实际上最后呢 他把这个我们实际上是这个公式 IDC=(IP-Δ1/2)D 这就是爬升电流 对不对 这是峰值电流 然后乘上一个占空比 把它放到这里头来 就得到这么个关系 当然这里头我是把变比放进去了 所以说我们反激电源的连续模型 就是要遵循刚才讲的这几个规律 那除了这个之外 其实很有意思的 我的这个计算跟一般人考虑的 就是我们书上可能讲的不太一样 我这里引入一个关系 那么我们看着这个波形 这个是这个地方是一个连续型的 Vds 的电压波形 这个是不连续的 Vds 的电压波形 我们呢 Vin 是在这条线的地方 这个地方关闭了之后呢 他会有个电容上的电压这是 Vc 这地方波形还有一个小毛刺 这个毛刺冲上去了 这个我就把它定义成 α 对吧就是冲上去一个毛刺 那我们去看 场效应管的电压 Vds 等于什么呢 关闭的时候 等于这个电压 Vin 再加上这个电容 假设这个二极管导通的时候压降为零 那么这个时候实际上是这个等于这个电压 转过来就等于加上这个电压 Vc 但是呢我们还看到有个毛刺 所以说我们可以这么去定义 就是 Vds=Vin+Vc就是电容两端的电压 然后加上这个毛刺这个 spike 这个 spike 到底是多少呢我也不知道 反正我们就把它写在这就有这么多 Vc 是什么呢 Vc 其实我们发现关闭的时候 这两端电压是什么 这两端电压就是这个电压 这是个变比关系 就是 Vo 这地方输出是 Vo 假设这个 Vf 为零的时候 这两端就是跟输出电压一样 Vo Vo 通过变比变到这 所以 Vc 等于 Vo 乘上这个变比 那么把它代进去 我们就得到了一个变比关系 变比是跟 Vds 这个耐压 这个场效应管的耐压 和输入电压和 Vo 输出电压 还有 α 就是这个毛刺 是一个函数 也就是等于 Vds-Vin-α 除以 Vo 那么 这个地方讲到这个什么意思呢 就说我选了一个 600V 的管子也好 选了个 900V 的管子也好 我假设刚好用到这个电压是 600V 那么这是临界 那么输入电压比如说是 380 也好 400V 也好 那我允许假设 50V 的毛刺 在这个公式上 变比就要达到这个变比 我们下面有个例子 这个例子什么呢 我假设我选了个 600V 的管子 用这个反激电源电路 我不喜欢用 900V 700V 800V 的 因为我觉得 600V 导通电阻很小 这个管子很好买 我非常喜欢还便宜 但是用 600V 呢我一想还要留点裕量 我留了 10% 的裕量 所以说我希望把我这个电源的设计 Vds 在 540V 以下 那这是我一个自己的想法, 那么我假定了 这时候我变压器绕得蛮好 就是毛刺肯定小于 50V 的 但是我随便假设 并不是说真的一定是这样 那么我假设这个毛刺是 50V 如果是 50V 那我这个变比应该选择多少 那我输出假设是 24V 的电压直流 那么我就会得到这个原边的时候是 260V 最高的电压时候肯定是最恶劣 乘上根号 2 就是 373V 373V 代进去 这个是 540 540-373-50 再除以 24V 这我就得到了一个 4.86 的变比 也就是说我如果变压器选择 4.86 这个地方 那么我毛刺只要不超过 50V 其实我的管子只要 540V 以内的 绝对不会超过 540 那么我这个 600V 管子就能用 实际上是这么个意思 那么从这个道理来讲 什么意思呢 就是说我是想用什么管的时候我去适合变比 当然了 你说我想用个 300V 的管子 那你就不用干了 马上就炸掉了是吧 已经低于这个输入电压 当然前提是要比这个毛刺要高一些 要留一点裕量 那么 这个关系式非常的重要 我看到很多书上几乎没有一个书 就这么去讲这个道理 其实我们做反激电源的时候 我们是要选定某一个特定的管子来做的 我不能说做做做 我发现毛刺很高不行 我把 600V 改 700V 700V 改 900V 或 900V 改 1200V 不能这么搞 我是想要 600V 就要设计在 600V 上 而不是说我不行了我再去调高 那个就是凑数了 所以说这个理念非常重要 我希望大家能够理解 好 讲到这儿 其实我们讲到了我们反激电源变压器 变比怎么确定出来的 那前面讲的什么呢 原边的电流 是吧 就是这个原边的电流都可以算出来 就是 I1 I2 通过这些关系 这个占空比也能算出来 爬升率也能算出来 那么通过这个关系呢 I1 I2 虽然不知道 但是我知道这一部分也知道这个输出电流 那么自然 也就可以算出这个第一个电流是多少 第二个电流是多少 也就是说在这一页我们解决什么问题 解决了 就说电流波形是什么样的形状 宽度是多少 开始的电流是多少 最后的电流是多少 实际上是解决了这个问题 就是把电流波形确定了 这个地方是解决了变压器是用什么样的变比 我选 600V 的管子 我就必须遵循这个变比在这个之下 超过这个变比可能就不可靠了 解决了这两个问题之后 我们还要解决另外一个问题 就是我到底用电感量是多大 我虽然知道变比了 但我不知道原边绕多少圈 我也不知道那个磁芯要选多大呢 这还是一个吧 另外一个呢 我选了这个磁芯我还不知道磁通会不会饱和 或者虽然不饱和 ΔB 很大 发热很厉害 那么 实际上呢下面我们右边这一小块 就要解决刚才这个后面的问题 就是说我的到底饱和不饱和 到底我磁通密度会不会选得 ΔB 很高 电感量要取多少
课程介绍 共计17课时,3小时3分12秒

精通反激电源变压器及电路设计

电源 变压器 CCM 反激 DCM CRM Vds 电压尖峰毛刺 电压调整率 电源效率 电磁兼容

全面系统介绍反激电源的控制模型,CCM,DCM,CRM的三种工作模式下的变压器,原副边半导体主功率器件的工作特点,推导出各工作状态下变压器设计计算方法;Excel变压器设计计算工具软件,针对电源工作的全范围的主功率器件,电容器,变压器,一目了然地展现出其电流,电压,磁通密度,电流密度,高频纹波,工作状态的实际数值,便于及时全面快速地优化变压器及反激电压的电路设计;针对反激电源设计,普遍困扰的Vds电压尖峰毛刺控制,各绕组间耦合度及电压调整率的设计优化,电源效率,电磁兼容等难题,对其机理及解决方法实例分析讲解,提高针对反激变压器及反激电源设计的实战能力。
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讲师

讲师: 邵革良

田村(中国)企业管理有限公司上海研发中心 所长中国电源学会专家委员会 委员中国电源学会磁技术专业委员会 委员中国电源学会磁元件技术服务专家组 副组长中国电源学会标准化委员会 委员深圳市科技专家协会 科技专家深圳市科技创新委员会 专家 20年的一线电源研发的资深经验,先后从事并主持过电机调速变频器、逆变焊机、通信一次电源系统、电力系统直流操作电源系统、CBB波音商用飞机宽带互联网机载电源系统、高效率DC/DC砖块电源、电流传感器、变频空调及光伏逆变器、新能源汽车等各种新型磁元件的众多研发项目。 拥有众多的与国际一流研发团队的合作经验,并精通于电源和磁元件产品的可靠性研发管理和实践。特别是在新能源磁元件领域,通过大量的原创性技术创新和行业应用推广,引导着世界功率磁元件的技术变革。 其中完成电源及磁技术等领域多国专利申请40余项,并已取得7项国家发明专利受权。

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