反激變換器的原理與設(shè)計(jì)(經(jīng)典)

CP-HW開發(fā)部賀文濤反激變換器的原理與設(shè)計(jì)內(nèi)容提綱一.反激變換器的拓?fù)浞治龆?反激變換器的基本工作原理三.反激變換器的主功率器件設(shè)計(jì)四.變壓器設(shè)計(jì)中幾個(gè)概念的探討五.輸入濾波器中幾個(gè)概念的簡單介紹一.反激變換器的拓?fù)浞治?/p>

(a)是降壓變換器；(b)是升壓變換器（一般不超過5倍)；

(c)是升降壓變換器；

(d)是隔離的升降壓變換器；一.反激變換器的拓?fù)浞治鯞UCK—BOST變換器：既可以升壓也可以降壓!太陽能LED照明燈一種應(yīng)用電路BUCK-BOST變換器應(yīng)用舉例:希望大家能理解:一.反激變換器的拓?fù)浞治鯢lyback變換器的特點(diǎn)：1.具有隔離功能的BUCK—BOST變換器2.既可以升壓也可以降壓16V-100V輸入24V輸出反激二.反激變換器的基本工作原理(一)反激變換器的工作過程:(二)反激變壓器的氣隙問題(三)反激變換器的假負(fù)載問題:(四)反激變換器的占空比問題:二.反激變換器的基本工作原理開通關(guān)斷1.開通:把能量存儲(chǔ)在磁芯和氣隙里2.關(guān)斷:把存儲(chǔ)在磁芯和氣隙里能量通過次級(jí)繞組釋放給負(fù)載(一)反激變換器的工作過程:二.反激變換器的基本工作原理(二)反激變換器的氣隙問題現(xiàn)在我們假設(shè)存在氣隙,則存儲(chǔ)在磁芯中的能量:存儲(chǔ)在氣隙中的能量:真空磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率Lg

氣隙長度反激變換器的能量究竟是存在氣隙里還是磁芯里??二.反激變換器的基本工作原理相對(duì)磁導(dǎo)率為2000氣隙長度為1mm,磁路長度為100mm,的磁環(huán)假設(shè)有一個(gè)變壓器:結(jié)論:反激變換器決大部分能量存儲(chǔ)在氣隙里.磁路和電路的相似性去理解磁路.二.反激變換器的基本工作原理1.如果把氣隙繼續(xù)加大,那么存儲(chǔ)的能量是否一直加大?2.反激變換器為什么要加氣隙?3.如果不加氣隙反激變換器能工作嗎?思考題:漏掉的太多啦!儲(chǔ)能啊!舉例:1.不加氣隙2.正激變換器加了氣隙二.反激變換器的基本工作原理(三)反激變換器的假負(fù)載問題:反激變換器如果沒有負(fù)載,會(huì)出現(xiàn)什么情況?炸!有時(shí)候我們看不到假負(fù)載,并不代表沒有假負(fù)載,可能是利用電壓采樣電路代替假負(fù)載二.反激變換器的基本工作原理(四)反激變換器的占空比問題:一般情況下，反激變換器的占空比都做成小于50%，這樣做的目的，可能是因?yàn)榉醇すβ时刃。龀呻娏鲾嗬m(xù)模式比較容易。但是我們應(yīng)該明白，反激變換器的占空比可以大于50%，從理論上說，只要滿足伏秒平衡既可。小于50%:大于50%:舉例：MPW1500-48A就把反激做成70%。三.反激變換器功率器件的設(shè)計(jì)1.功率變壓器的設(shè)計(jì)2.功率MOS管的選擇3.功率整流管的選擇1.功率變壓器的設(shè)計(jì)(1)確定匝比說明:最大占空比一般情況下我們?cè)O(shè)計(jì)為小于0.5;如果是剛學(xué)設(shè)計(jì)變壓器,不妨設(shè)為0.5;匝比要保證在最低輸入電壓情況下能滿載輸出1.功率變壓器的設(shè)計(jì)(2)磁芯的初步選擇有經(jīng)驗(yàn)的工程師:基本上一步選擇到位,然后稍加調(diào)整既可.對(duì)于我們剛剛上手的兄弟們:我們可以通過查表,粗略的估計(jì)變壓器的基本型號(hào).1.功率變壓器的設(shè)計(jì)1.功率變壓器的設(shè)計(jì)(3)確定原邊匝數(shù)從公式可以看出,在確定原邊匝數(shù)的時(shí)候,我們需要確定四個(gè)量.1.原邊峰值電流2.原邊電感3.磁芯截面積4.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度一般不超過0.3T.1.功率變壓器的設(shè)計(jì)現(xiàn)在我們知道了:1.磁芯型號(hào)2.原邊匝數(shù)3.副邊匝數(shù)對(duì)于變壓器設(shè)計(jì)來說:我們相當(dāng)于完成了30%的任務(wù).但是我們心里有底了!剩下的任務(wù):1.確定原邊線徑大小2.確定副邊線徑大小3.確定氣隙4.確定繞法5.計(jì)算損耗6.別忘了還有穿透深度的問題,選導(dǎo)線要注意2.功率MOS管的選擇功率MOS管選擇的最主要參數(shù):1.MOS管關(guān)斷期間承受的最大關(guān)斷電壓2.MOS管開通時(shí)承受的最大導(dǎo)通電流MOS管承受的最大關(guān)斷電壓=輸入電壓+輸出電壓*匝比MOS管承受的最大電流=變壓器原邊峰值電流注:這是理論計(jì)算數(shù)值,實(shí)際上比這高!3.功率整流管的選擇1.功率整流管承受的最大反向關(guān)斷電壓2.功率整流管承受的最大導(dǎo)通電流最大反向關(guān)斷電壓=輸入電壓/匝比+輸出電壓最大電流=變壓器副邊峰值電流=原邊峰值電流*匝比注:這是理論計(jì)算數(shù)值,實(shí)際上比這高!四.變壓器設(shè)計(jì)中幾個(gè)概念的探討(一).伏秒平衡原理的理解(二).鐵損=銅損的討論(三).導(dǎo)線的的電密一般取為2A/mm2--4A/mm2

(一).伏秒平衡原理的理解法拉第電磁感應(yīng)定律：

可以推出：(一).伏秒平衡原理的理解

對(duì)于反激變換器而言：Q導(dǎo)通期間：磁芯正向磁化

Q關(guān)斷期間：磁芯反向磁化

正向磁化等于反向磁化

(一).伏秒平衡原理的理解伏秒伏秒結(jié)論:原邊伏秒積副邊伏秒積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。反過來看：(二).鐵損=銅損的討論“鐵損=銅損”的來源:工頻變壓器設(shè)計(jì)中：

1.繞組較多

2.繞組占面積大在開關(guān)電源高頻變壓器設(shè)計(jì)中，確定優(yōu)化設(shè)計(jì)有很多因素，而“鐵損=銅損”其實(shí)是最少受關(guān)注的一個(gè)方面。

在高頻變壓器的設(shè)計(jì)中，鐵損和銅損可以相差較大，有時(shí)兩者差別甚至可以達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)之大，但這并不代表該高頻變壓器設(shè)計(jì)不好。高頻變壓器設(shè)計(jì)中:采用非常細(xì)的漆包線作為繞組.

這一經(jīng)驗(yàn)法則并不成立。舉例：凌太華的項(xiàng)目工頻變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(三).導(dǎo)線的的電密一般取為2A/mm2--4A/mm2結(jié)論:1.優(yōu)化設(shè)計(jì)與繞組電流密度大小并沒有關(guān)系。

2.這樣的取的目的是為了簡化計(jì)算,但并不是最優(yōu)導(dǎo)線的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn):1.繞組中有多少損耗，2.散熱措施是否足夠保證溫升在允許的范圍之內(nèi).第一種情況:真空散熱時(shí),電密要取的很小.第二種情況:油浸散熱時(shí),電密可以取的很大.舉例:在開關(guān)電源的實(shí)際研制中:我們并不關(guān)心電流密度是多大，而關(guān)心的只是線包有多熱？溫升和損耗是否可以接受？五.輸入濾波器概念的簡單介紹1.X電容2.Y電容3.共模電感4.差摸電感1.傳導(dǎo)與輻射開關(guān)電源數(shù)字視頻設(shè)備傳導(dǎo)輻射150KHz--30MHz

30MHz--1GHz1.傳導(dǎo)與輻射電磁波的波長與頻率的關(guān)系式:當(dāng)頻率f=30MHz的時(shí)候,電磁波的波長正好是10m.此時(shí)我們的電源線還不足一個(gè)波長,向空中輻射的效率很低,噪聲主要從導(dǎo)線上跑了.2.當(dāng)頻率大于30MHz時(shí):電磁波的波長越來越短,噪聲主要以空間輻射為主了.1.當(dāng)頻率大于30MHz時(shí):1.傳導(dǎo)測(cè)試的頻率為:150KHz--30MHz

2.輻射為30MHz--1GHz因此得出:2.共模噪聲與差模噪聲共模噪聲:共模噪聲存在于L與PE之間和N與PE之間,大小相等,相位相同.差模噪聲:差模噪聲存在于L與N之間,大小相等,相位相差180度.3.共模電感與差模電感共模噪聲通路:Lcm1CyPELcm2CyPE輸入輸出共模電感3.共模電感與差模電感差模電感差模電感4.X與Y電容4.X與Y電容安規(guī)電容根據(jù)使用場(chǎng)合的不同有不同的電壓等級(jí)，X電容的電壓等級(jí)情況見下表：安規(guī)電容安全等級(jí)應(yīng)用中允許的峰值脈沖電壓過電壓等級(jí)（IEC664）應(yīng)用場(chǎng)合耐壓測(cè)試中施加峰值脈沖電壓UpX1>2.5kV≤4.0kV高峰值脈沖電壓當(dāng)CR≤1.0uF，Up=4.0kV；當(dāng)CR>1uF，Up=4/CR1/2kV.X2≤2.5kVⅡ普通當(dāng)CR≤1.0uF，Up=2.5kV；當(dāng)CR>1.0uF，Up=2.2/CR1/2X