1.2 反激式变压器的磁心损耗 

大家好，我叫李思聪 是德州仪器高压小功率产品线的市场工程师 我要介绍的主题是如何优化变压器设计 来改进反激式变换器的效率和 EMI 性能 今天介绍第二部分的内容 即如何准确评估反激式变压器的磁芯损耗 由于磁芯厂家在规格书里 提供了磁芯损耗公式 是通过测量数据拟合出来的 测量的时候采用的是正弦波电压激励 所以在评估磁芯损耗时 传统的方法是假设直流偏置对磁芯损耗没有影响 而且忽略的方波跟正弦波的差异 那么这样可以直接依据这个公式 使用开关频率以及峰值磁通密度 来计算磁芯损耗 但是呢实际上加在绕组的电压 不是正弦波 而是在不同的工作条件下 占空比不同的方波 而且还存在的直流偏置 这些因素实际上对磁芯损耗影响很大 参考文献一和参考文献二 公布的研究结果也证明了这一点 首先我们来讨论不同波形形状 或者占空比对磁芯损耗的影响 在参考文献一中 弗吉尼亚理工大学的研究人员 引入了波形系数的概念来表示这个影响 他们通过测量各种磁芯材料 在不同频率不同占空比的 方波激励下的实际实际磁芯损耗 然后把这个测量的磁芯损耗与数据手册 提供的公式计算出来 磁芯损耗的比值作为这个波形系数 那么最后通过数据拟合的方式推导出这个公式 从这个公式可见 它跟这个占空比以及 γ 有关 那么 γ 是这个一个校正系数 它有跟这个磁芯的材料 频率和温度有关 这边这个表一列出了不同材料 在不同频率下的 γ 值 参考文献一 还测量了不同的铁氧体材料 在 1MHz 的激励频率下 波形系数与占空比的关系 那么测量的结果用这个曲线显示在这个图上 那么当激励信号为正弦波的时候 波形系数为一 那么从这个图中我们可以看到 当对于占空比为30%到70%的这个方波 那么这个波形系数实际上是小于一 那么这说明在这个占空比范围内的方波 它产生的这个磁芯损耗 要小于正弦波 但是对有些材料如 3F3 那么在占空比比较小的情况 如百分之或者比较大的情况 10%或者90%的情况下 那么磁芯损耗或者说它波形系数 实际上是正弦波的2.5倍 即2.2倍到2.5倍 那这个可能还更高 原因是在这种条件下 磁通密度的变化率很高 那么就会在材料上产生很高的涡流损耗 那么就导致了它这个损耗增加 当然对一些高频特性比较好的材料 如 4C65 那么在整个这个宽的这个占空比 变化范围内从10%到90% 它整个这个波形系数变化很小 所以这说明这种材料的这个高频特性非常好 关于直流偏置 很多已发表的参考文献都表明 直流偏压对磁芯损耗的影响非常大 但都没有一个比较有信服力的这个解释 那么在参考文献二中 弗吉尼亚理工大学的研究人员 提出了一个直流偏置系数的概念 来表明这个直流偏置对磁芯损耗的影响 那么他们测量了两种铁氧体 磁芯材料 3F35 跟 PC90 在不同的这个直流偏压下的磁芯损耗 然后呢用这个测量到磁芯损耗 跟数据规格书中提供的公式 也就是没有偏置下 这个磁芯损耗的比值作为这个系数 把测量的数据 通过数据拟合的方法 可以得到计算磁芯直流偏置系数的一个计算公式 对 3F35 来说，那可以用这个公式来计算 那么它这个系数是跟直流偏置的平方成正比的 对 PC90 来说 这个可以用这个公式来算 系数是跟这个直流偏置是根号的一个关系 依据这个计算公式 可以画出这个直流偏置跟这个系数的一个曲线 这不同的这个材料 它们这个曲线不一样 可见你看这个对 3F35 来说 当直流偏置达到80的时候 它这个系数可以达到了2.4 所以呢对直流偏置对磁芯的影响是非常大的 最后我们总结一下 我们对磁芯损耗所做的一些讨论 首先呢对于这个直流偏置波形的形状 以及占空比来说 对磁芯损耗具有较大的影响 所以不能忽略掉 那么在实际应用中 去评估或者计算磁芯损耗的时候 要考虑这个波形系数 以及直流偏置这个系数 考虑到占空比对磁芯损耗的影响 通常来说 对于宽范围电压输入的这个应用 反激式变压器比正激式变压器更有优势 因为反激式变压器对占空比的变化比较小 那么考虑直流偏置的话 通常来说这个 CCM 工作可以减少 电流的有效值 那么这样从而减小它的铜损 但是呢由于它在 CCM 工作的时候 这个变压器的电感具有直流偏置 所以呢就是说会带来这个磁芯损耗的增加 那么通常来说 建议尽量去选用那种 比如没有直流偏置的这种主功率电路 例如这个移相全桥 那么此外我们需要让铁氧体制造商 提供更多更好的磁芯损耗数据 来协助我们设计 那么同时呢 我们建议在进行评估这个 或者计算磁芯损耗的时候 可以自己测量一下 通过自己实际的电路测量 来得到这个数据 那么这样就更准确一点 这边列出了一些参考文献 大家如果有兴趣可以去下载进一步的学习 谢谢大家