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- 2.1 反激电源变压器 (1)
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各位大家好 我是
我们现在开始要讲
精通反激电源设计的关键
反激电源的设计最关键的就是
在于开关电源的变压器
为什么最关键的是反激电源的变压器呢
我们从这个电路上简单可以看到
黄颜色的部分是简单的反激电源变压器
原边有主绕组 辅助绕组 有输出绕组三部分
一般的反激电源还会有很多的输出绕组
比如有 +5V ±12V等等
为什么讲反激电源变压器的设计
是反激电源设计里面最关键的呢
从这个右边这部分的
变压器设计输出都可以看到
反激电源变压器我们的设计计算最终的目的
我们是想得到什么呢
想得到这几个方面
第一个是原边和副边的电流的波形
第二个是原边和副边的电压的波形或者电压幅值
除此之外
我们掌握了电压电流输入输出的关系以外
还想知道我们选择磁芯是不是饱和了
是不是磁通密度不是很高
或者说磁通 ΔB 不是很高
也就是说我们磁芯的损耗是多少
除此之外因为我们知道了电流波形
那么我们也可以算出 这个反激电源的
原边和副边分别的电流密度
由此来表征温升到底高还是不高
那么也就是下面讲的变压器的损耗可以算出来
那么变压器的温升大致得能推算出来
除此之外 其实还有两个非常重要的因素
一个就是耦合系数
还有就是绕组 EMI 相关的耦合性
耦合系数我们可以这么去理解
我们假设原边主绕组和副边主绕组
两个耦合度不好
那不好会产生什么变化
不好实际上是从原边看进去主绕组
除了励磁电感以外还有一个漏感
那么也就是在场效应管 Q1 关闭的一瞬间
电流达到最大
那么这个电流自然除了通过励磁电感以外
也通过了漏感
也就是在漏感里面建立了能量
这部分能量在 Q1 关闭之后
励磁电感建立起来储存的能量
这部分会通过副边电感释放出去
也就是等于形成了输出电流
原边漏感形成的能量跟副边没有关系
所以都会在原边的回路里面转圈 这个电流
那么实际上就是给 C5 充电
最终形成一个 C5 的电压
C5 越大 漏感越大 C5 形成之后
可能会变高 取决于 R1
这个 R1 如果阻值太高了
那么它这个能量不容易消耗掉
那么这一点 C5 的电压嵌位就会变得更高
那么很容易产生 VDS 这个电压的尖刺会很高
所以控制变压器原副边的耦合系数
就是耦合度越好 那么原边看进去漏感越小
也就是这个能量越小
所以越接近于理想的状态
那么这部分吸收的能量会越少
所以这是我们非常希望得到的
还有一方面就是
虽然这边画了一个副边的线圈
实际上电源有两个有三个有好几个的副边线圈
副边的线圈比如 5V 和 ±12V
可能有的工程师会知道
我把 5V 也就是假设电流作为主绕组
我把功率一拉大
你就会发现 12V 也好 -12V 也好
或者其它绕组电压会往上升
总之就是这两个耦合系数不好的话
副边之间的耦合系数不好的话
会形成很差的电压调整率
这也是我们所不希望的
所以我们在设计反激电源变压器计算之后
实际上我们排线或者说控制方面
这是非常重要的一个因素
还有一个就是 EMI 相关
那么一会儿我会来讲 EMI 相关是怎么相关法
跟我们耦合的关系
得到了变压器的设计输出量
实际上我们仅仅看到的是变压器本身
其实我刚才前面讲过
我说我们通过一个变压器的设计
我们其实还要得到
比如说我们输入的电容到底选取什么
这个管子的耐压和电流到底设定在什么范围
包括输出的二极管 D3 耐压和电流
还有 C7 这个电容怎么选取容量
够不够等等 纹波够不够等等
都是从这里头能够推导出来的
这也就是说左边看变压器设计的关键性
在哪里呢
除了变压器本身电参数以外
实际上通过电流我们可以求得
原副边器件选取合理化
也就是我们知道它的电流波形也就知道
选取多大的管子会比较好
或者耐压多少伏为好
这也就为我们主电路器件的降额设计
提供了依据
比如工作在多少的降额之内
那么 EMC 的控制和优化
这个也会以后会讲
还有就是电源的效率
比如我们变压器的损耗是多少
如果虽然变压器损耗不大
但是我们把电流搞得很高电压很高
那引起开关损耗也很厉害
这个都是跟它相关的
那么当然
刚才讲的多路输出的调整率的改善等等
这中还有一个成本的控制
因为我们都非常关心成本
所以说合理地去设定电流的波形
和电压的波形
对我们选取比较有利的量产性
就是我们采购得非常方便
而且使用规模非常大
而且这个器件比较便宜
或者是效率会比较高的器件
我们就会有的放矢的去选择
这个成本的控制还有量产的一致性等等
都会带来很多的好处
所以说我们通过一个变压器的设计
变压器的优化和调整
我们可以把原副边的状态建立到最佳状态
是一个你非常希望的状态
那么某种意义上来讲
可以说我们这一个反激电源变压器的设计
就是一个牵一发动全身
那么所有的要素
那么所有的要素
都集中在这个反激电源变压器上了
那么所以我讲
我们反激电源的设计
最关键就在于这个变压器设计
变压器设计其实我们有很多结果
比如说可以选的电容量大一点
也可以小一点
匝数 变比都可以调整
都是能用的 并不是不能用
但是能用对整体电路的平衡可能不是最优化的
那么我们这个培训里头
其实我们后面就会讲到怎么去做才能最优化
讲到这里 我想还要补充几个方面的内容
一个就是刚才看到的这个画面
就是我们这边左上角这一块
实际上就是一个简单的反激电源的模型
我们不管它工作在 CCM 模式也好
DCM 模式也好
底下我只是拿这一个例子
一个连续模型的一个波形作为来举例
我们看到右边这个图
这个图实际上就是比如说
原边的场效应管的电流波形
就是这一部分相当于一个梯形波电流波形
这一部分就是关闭的时候电流波形
这个副边是电流就是斜着往下降这样的过程
我们从这一个几何图形
我们可以看到有这么一些关系
我们按照我们直流分量的定义
或者平均值的定义
平均值就是得到了一个直流分量
有效值我们也可以用定义用积分的方式
把它求起来求它的有效值
那么就是说如果假定这个几何波形
有占空比 有 IP1 就是第一个点的电流值
第二个点电流值
那么它实际上有个变化是 ΔI
这样一个周期性电流波形
这样一个周期性电流波形
我们从几何定义角度
我们可以得到 IDC 等于这么一个公式
IAC 是交流成分这个公式
I 是一个有效值
其实从这个几何波形
我们学过高等数学
那么我们做它的平均值的时候
定义这就是 IDC
有效值就是 I
知道了 I 和 IDC
其实我们交流分量
就是按照上面这个公式是有效值的平方等于
直流分量的平方加上交流分量的平方
那自然就可以求出交流分量
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 电磁兼容 尖峰毛刺 调整率
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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