3.3 反激电源变压器计算方法 - CCM模式 (3)

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我们再看到 有这么个关系 我们电感是定义出来的 电感是怎么个定义呢 我们就认为一个线圈里面就是这个磁通 电流的变化关系 也就是我一个线圈绕好了对吧 我加一点小电流 比如说我某个电流加上去 稍微抖动一下 这时候会因为我抖动这个变化的电流 它就会变化了一个 φ 也就是个磁通量 变化了一下 如果变化的一个电流磁通量不变化都是很大的 都在某一个地方固定的 那说明磁芯饱和掉了 所以说呢 定义是 Δφ/Δi 就是一圈的电感 这是定义 电感就这么定义出来了 N 圈就是有 N 倍电感 所以这个公式 L=Nφ/I 这实际上是一个电感的定义 这个没有什么太多道理 电感就这么规定出来的 所以这个一定要记住 这是它的来源 规定了这个电感 我们前面有一个 φ 是什么呢 我们讲激励源 有欧姆定律 激励源除以电阻 就等于 φ 就是磁通量 这一部分就是 φ 这部分 φ 呢 我们再把它看到这个两个电流是一样的 把它约掉了 那么就是 N 平方 乘 1/R 就得到那么个关系 N 平方假设为 1 的话 N 是 1 匝的情况下 电感就是 1/R 那我们把 1/R 定义成 AL 值 所以一个磁芯 哪怕是开了气隙或者不开气隙 告诉你 AL 值是多少 它是跟我们绕线没有任何关系的 磁芯材料决定了 磁芯的大小决定了 形状决定了 AL 值就固定了 实际上是什么 最后我们发现 AL 值就是这个东西 就是说磁阻的倒数 这个磁芯转一圈的时候 这个磁阻把它翻过来倒过来就是 一匝的电感 所以这个非常有意思 我希望大家能够理解并且把它记下来 你所有的思路都是从这里搞的 那么我既然知道了 我们知道了这一块电感量是这么关系 只要给你一个固定的磁芯 告诉你多少匝你就知道了电感量是多少了 至于饱不饱和我们看下面 磁通密度是 φ 除以面积 所以说 φ 就是激励源除以磁阻这是个面积 那么激励源 这是激励源 然后我们把这个变过来 1/R 就等于 AL 那就形成这么一个关系 那么放到这边来 这边跟这个有什么关系 我两边都乘上要给 Np 匝数 那么我就得到了一个什么关系呢 就等于 Ip·Lp / Np· Ae 磁芯的磁通密度就等于 这个时候流过这个线圈的电流乘上电感 除以它的匝数和它的有效面积 这个纯粹是我们从这个定义推出来的 这是这个关系 你会发现这个磁通密度跟谁有关系 跟原边的电流那一时刻的电流 还有它的电感 还有参数 面积 前面我们已经算过了 这一时刻就是 ON 一瞬间时刻的 电流为 IDS1 那这个地方的 Ip 就是 IDS1 了 L是不变的 我们假设没饱和 它就不会变 匝数我们已经固定好了 面积也是固定的 所以说我们得到了这么个关系 就是说在开通的时候的 B 这么多 关断的时候电流最大所以 B 也是最大的 Bmax=IDS2Lp/NpAe 我们算出来就是在某一时刻的时候 只要知道这一个关闭之前的这个最大电流 我们就知道了它饱不饱和 同样呢这两个相减 这个这个排版有点问题了 DS是小写的就是 ΔI 乘上电感量除以 Np 和 Ae 那么就是等于得到了 ΔB 到现在为止我们是固定频率 CCM 假设是固定频率的时候 我们占空比就固定了 占空比就算出来了 占空比有了 频率也有了 所以说到现在为止 我们所有的关系呢 就是我们一个变压器要用的 所有电气参数都出来了 让我们总结下 那这幅图呢这个思路 我先跟大家讲一下 这个思路是什么呢 假设我已经做了一个反击电源给你了 那么它工作在 CCM 的模式上 就是给你肯定是 CCM 模式 那么这个时候呢我要验证 这个变压器绕的对不对 参数合不合乎要求 你的磁场 Bmax 是不是太高了 或者是合理 那么 ΔB 大小 选的线圈的粗细等等 就相当于验证这个点 那么既然是这样 那么右边蓝颜色的东西全部是已知量 也就假设工作在 70k 的频率 或者是 130k 100k 的频率 这频率是我们知道的 输入输出的电压和电流都是我们的目标 比如 24V 3A 输入电压当然知道了 交流电进去整流之后就是输入电压 给你一个磁芯固定了 那么有效截面积 Ae 窗口面积 AL 值也就是它的磁阻的倒数 单位体积的损耗是一个曲线 磁芯厂家会给我们 然后这个尺寸给你了热值我也知道 就是大概发热多少 空气里面散热出去多少度等等这些都知道 这个 BB 是表示骨架 就是给你绕线的空间有多少 实际上也给你固定的 因为它有个绝缘关系 那么这些都是已知量 VDSS已知 现在我就想用 600V 的 那我就是 600 VRM 什么意思 就是整流二极管副边的整流二极管 选的 150V 或者是 50V 80V 的当然没有 80V 50V 还是 90V 的肖特基 还是 200V 的快恢复等等 这个是我自己选的 所以我知道 De-rating 我们降额的使用率 就刚才讲的 比如场效应管比如我按九成工作 二极管也是九成或者八成 那么这是规定的当然知道 Spike 是不知道的 假定是 50V 刚才讲的吧 那么当然我要假定 50V 算完之后 我要把它凑到 50V 以下就合理了 这些条件都知道了之后 那么我们就可以验证变压器合不合理了 变压器怎么去验证呢 假定变压器测了以下刚好是 500uH 其实 500uH 不一定是最合理的 假设我测一下是 500uH 假设我测一下是 500uH 那我 500uH 知道了 给你磁芯 一圈的电感量是知道的 AL 值知道了 那么这样的话自然知道原边要绕多少圈 其实可能供应商给你的这个变压器 没告诉你多少圈 但是只要知道这个磁芯 一个空磁芯拿过来测下单匝的电感 然后算一下就知道这个 Np 是多少了 按照我刚才讲的这些输出的关系 匝数可以这么算 按原副边的变比从输入输出关系可以算出来 还有场效应管的耐压等等可以算出来 所以原边的匝数和副边的匝数都知道了 也就是说只要告诉你这个电感 原副边匝数都知道了 否则 Np/Ns 就不合理 如果合理的话这个都是定下来的 那么同样从这个地方也是一样 就是我们输入输出电压知道了 占空比就自然知道了 频率知道了 Ton Toff 都知道 通过这些关系 电感量知道了 ΔI 也就知道了 通过这个等等推出来 ΔB 因为面积知道了 ΔI 知道了 那么 ΔB 就知道了 这个就是刚才讲的算出的电流波形 原边的 I1 I2 反过来通过变比 副边的二极管 D1 D2 也都可以算出来 那么通过这些关系我们就可以确定 Bmax 是多少 我们如果想 Pcv 的 Pc40 Bmax 高温的时候我们允许 390 毫特 你算出来这个 400 毫特 那肯定饱和不能用 那最好是 390 毫特以下 留一些裕量 那么 ΔB 是干什么呢 ΔB 是看磁芯损耗 因为 ΔB 如果知道了 频率是自己定的 单位体积的损耗查表就查到了 查到之后乘以体积就是磁芯的发热 所以这个发热你一算 这么个小变压器要 3W 那肯定不行 那我们调整参数 电感 那么最终变成 0.3W 变压器 0.3W 还可以的 实际上是给大家这么一个验证方法 底下这个是什么呢 因为我们已经知道了原边副边电流波形了 知道电流波形自然算出有效值 交流分量 直流分量都算得出来 给了骨架指数就意味着绕线空间确定了 所以选某一个粗细的线 刚才匝数知道了 排下去的时候只能排这么粗的线 排了这么多的线算面积 有了面积有了有效值 电流密度就知道了 如果你算电流密度是 1 平方毫米要 跑 20A 那肯定会冒烟 肯定不对 一般是 3A 或者 5A 这个是选择多大的尺寸有关系 也就是说在这个图上 给大家验证什么呢 通过已经拿到的变压器 告诉你电感量 变比我们确定 按照这个变比 这些参数 你就可以得到这些参数 最终来检查磁芯是不是过热了 检查磁芯是不是会饱和 检查原边的电流密度是不是太高 太高就会发热 副边的电流密度是不是太高 如果都比较合理 那你这个设计就蛮好 从这个意义上来讲 当然这仅仅是变压器 如果说我们变压器蛮好 但是如果 IDS2 非常高 管子根本受不了也是不对的 所以我们还要调整兼顾原边副边的 其它原件参数 总之对变压器来讲 就看这四个方面 其实底下两个方面最好是算上原边的损耗 和副边的线圈损耗 但由于反激电源有气隙 有漏磁 所以涡流损耗是非常难算的 所以一般来讲控制线的粗细 电流密度来算可能会比较好一点 算涡流损耗毕竟非常难算 用这个比较直观地告诉你 大概你这个发热厉不厉害 当然有经验了比如选一个 PQ35 磁芯 那你的电流密度 我以前用过的大概是 3A 我觉得这个温度是大概这个地方散出去的 你要是 5A 就散不出去 所以你通过这个可以反过来 去修正你设计的范围 讲到这呢 实际上我们 CCM 的模式 整个的设计思路计算思路 基本上就是这些就确定了 当然有了这些参数之后我们还要兼顾 电源的前后的一些总电路参数是不是 合理和匹配 这一讲我们就讲到这 谢谢大家
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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