《開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)與材料選擇.ppt》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)與材料選擇.ppt（70頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、目 錄,變壓器的結(jié)構(gòu)和組成 變壓器的設(shè)計(jì),變壓器的結(jié)構(gòu)和組成,變壓器,,,原邊繞組,,,副邊繞組,,,導(dǎo)磁回路(磁心),,,勵(lì)磁磁通,,,漏磁磁通,,一次側(cè),,二次側(cè),1.改變電壓 2.隔離電路,繞組的電壓關(guān)系,法拉第定律:,交變磁場(chǎng)中的電動(dòng)勢(shì):,,,,,,,,,變化磁場(chǎng),,變化磁場(chǎng)在閉合回路中產(chǎn)生的感生電勢(shì),E,,空間回路,法拉第定律,變壓器,跟據(jù)法拉第定律:,,,變壓器電流關(guān)系,楞次定律---變壓器的電流關(guān)系,描述:閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)”阻礙”引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,,,,,,,,,,,,,,變化磁場(chǎng),,變化磁場(chǎng)在閉合回路中產(chǎn)生的感生電流,,感生電流所
2、產(chǎn)生的磁場(chǎng),,,,,,,實(shí)際通過(guò)閉合回路的磁場(chǎng),i,,導(dǎo)體,楞次定律,磁通不能突變,應(yīng)用:通常變壓器的電流決定于負(fù)載,跟據(jù)楞次定律,,,可用作變壓器的軟磁材料,可用作變壓器的磁性材料,錳鋅鐵氧體(Mn-Zn Ferrite):,鎳鋅鐵氧體(Ni-Zn Ferrite):,功率鐵氧體,非晶，超微晶，納米晶:,硅鋼片,,,工頻變壓器,高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器 （40KHz-2MHz),高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器 （2MHz),中低頻開(kāi)關(guān)電源變壓器 （40KHz),,鐵氧體材料的選擇,選擇磁性材料的關(guān)鍵點(diǎn)：,：磁心的飽和磁密 ：磁心的損耗 (儲(chǔ)能與放能之差),,,B,H,,,,,,,,,,Hdc,,Hdc=0,H
3、dc,一三相限:Full bridge 一相限:forward DC Bias:flyback,,,,Bac,,,,,,Bac,Bac,Bm,磁損曲線(xiàn),BH曲線(xiàn),單位體積磁損公式：,材料的損耗指標(biāo):固定Pcv時(shí)的FxB公式,不同鐵氧體的使用頻率,f .B: Material performance factor,,,,,,,22000HzT,32000HzT,23000HzT,35000HzT,f .B: 表現(xiàn)一個(gè)材料在一個(gè)頻率下所能通過(guò)的B的能力,A.頻率提高, 磁能材料能夠通過(guò)功率的能力提高 B.頻率提高到一定程度,會(huì)有一個(gè)更好的高頻材料來(lái)接替,磁心的選擇,一般情況下 fs300KHz,
4、Bmax取決磁損 假設(shè)頻率fs=400KHz, 取單位磁損為300mw/cc,材質(zhì)N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mT fs在150K至300K之間時(shí), Bs和Pcv都考慮,取其小值. 假設(shè)頻率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv<300mw/cc B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT, 取B1和B2中的小值作為Bmax=136mT,磁心的Bmax的選擇方法,不同特性的鐵氧體材質(zhì),常規(guī)的低頻材料,飛磁的常規(guī),高飽,低溫和高溫低頻材料,低溫,高溫,高飽,常規(guī)3C96,常規(guī)的高頻材料,TDK低頻寬溫材料PC95對(duì)比
5、,選擇磁心的形狀,常用鐵心形狀A(yù),EE,EFD,ER,EC,ETD,PQ,RM,選擇磁心的形狀,常用鐵心形狀B,EQ,PJ,Planar EE,磁心的選擇,磁性材料的選擇依據(jù) 1.工作頻率范圍 2.飽和磁密大小,磁心形狀的選擇依據(jù) 1.功率密度的要求 2.成品高度的限制 3.繞組的多少 4.線(xiàn)包的引出線(xiàn)形式,繞組的結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Simple,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Sandwich,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Interleaving,,,,,,,,,,,,,,,漏 感 減 小,,交
6、 流 損 耗 減 小,,隔 離 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜,常 用 導(dǎo) 線(xiàn),名稱(chēng):漆包線(xiàn),電磁線(xiàn) 結(jié)構(gòu):圓銅線(xiàn)外覆絕緣漆 規(guī)格:0.04mm-1.0mm,名稱(chēng):三層絕緣線(xiàn) 結(jié)構(gòu):圓銅線(xiàn)外覆三層絕緣膜,耐壓<3000Vac 規(guī)格:0.2mm-1.0mm,名稱(chēng):銅箔,銅皮 結(jié)構(gòu):純銅薄片,使用時(shí)需加絕緣 規(guī)格:厚0.025,0.05mm常用作屏蔽層 厚0.05mm 常用作繞組導(dǎo)線(xiàn),名稱(chēng):多股絞線(xiàn)，Litz線(xiàn)，李茲線(xiàn) 結(jié)構(gòu):多根同規(guī)格的漆包線(xiàn)制的絞線(xiàn) 規(guī)格:0.1xN,0.12xN,0.2xN等,常 用 導(dǎo) 線(xiàn),名稱(chēng):鍍錫線(xiàn)，鍍錫銅線(xiàn) 結(jié)構(gòu):圓銅線(xiàn)外鍍錫 規(guī)格:0
7、.2-1.0,常用作引腳,跳線(xiàn),需要加絕緣,名稱(chēng):沖壓銅片(常鍍錫) 結(jié)構(gòu):生銅片直接沖壓切割成片狀繞組的形狀 規(guī)格:厚0.5-1.0, 需加絕緣,名稱(chēng):扁平線(xiàn) 結(jié)構(gòu):扁平的漆包線(xiàn) 規(guī)格:跟據(jù)規(guī)格和廠商生產(chǎn)能力;寬:厚10,高頻交流損耗,集膚效應(yīng)(Skin effect):,鄰近效應(yīng) (Proximity effect):,,,,,,,主電流,,,,,,,,,,,,,主電流在導(dǎo)體外產(chǎn)生的磁場(chǎng),在導(dǎo)體內(nèi)回路包圍的電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁場(chǎng),,,,在導(dǎo)體自身電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的渦流,方向上,靠近導(dǎo)體表面的電流與主電流同向,而靠近中心的電流與主電流反向,導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)交流電流,主電流與自身電流所產(chǎn)生的渦流
8、疊加,使導(dǎo)體截面上電流分布呈現(xiàn)表面電流密度大,內(nèi)部電流密度小的現(xiàn)像.,,,,,J,x,,,導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)交流電流,主電流與外部磁場(chǎng)所產(chǎn)生的渦流疊加,使導(dǎo)體截面上電流分布呈現(xiàn)左右電流密度分布不均的現(xiàn)像.,,,,,,,主電流,,,,,,,,,,,,,主電流在導(dǎo)體外產(chǎn)生的磁場(chǎng),在導(dǎo)體內(nèi)回路包圍的電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁場(chǎng),,,,集膚電流,,,,,J,x,,,,,,,外部交流磁場(chǎng),,,,,,外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流,使用工具估算繞組的損耗,Ansoft Maxwell 2D &3D,,通過(guò)維和維分析，推算變壓器的損耗和漏感,優(yōu)點(diǎn)：較準(zhǔn)確 缺點(diǎn)：對(duì)硬件要求高；模型要盡可能接近實(shí)際,使用工具估算繞組的損耗,Dowell
9、 1D model ( Magnetics Design tool),通過(guò)1維分析，推算變壓器的損耗,優(yōu)點(diǎn)：較準(zhǔn)確,可以連續(xù)分析 缺點(diǎn)：理想化的模型，對(duì)一些結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化越多，誤差越大,,輸入電流波形,,,計(jì)算在上面波形下不同導(dǎo)線(xiàn)的R/Rdc,,Litz線(xiàn)的簡(jiǎn)化,漏磁通與漏感,,,,,磁通回路全部通過(guò)繞組的磁通為勵(lì)磁磁通 位置上為全部在鐵心中 磁通回路有一部分在繞組間的磁通為漏磁通， 位置上為經(jīng)過(guò)窗口的磁通,漏磁通存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量,一般情況下，,而與基本相當(dāng),所以可以簡(jiǎn)略認(rèn)為,漏感與磁場(chǎng),漏感的估算,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
10、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Hmax,,H=0,,,Hw,減小Lk的方法: 1.拉高窗口寬度或拉寬窗口寬度(如平面化) 2.減小每個(gè)磁回路的電流和(如三明治或interleaving) 3.減小Hmax的區(qū)域體積(如減小P-S之間距離) 4.減少圈數(shù),而:,故:,變壓器的設(shè)計(jì),開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)?變壓器的設(shè)計(jì),相關(guān)參數(shù),計(jì)算AP,選擇鐵心,設(shè)計(jì)繞組,評(píng)估變壓器性能,,,AP法介紹,AP法, 即 Area Product (面積乘積)法的簡(jiǎn)寫(xiě),,,走磁通的面積Ae,,走電流的面積Aw,X,=AP,AP的計(jì)算公式,(磁心的儲(chǔ)能能力),(磁心的通過(guò)電流的能力),雙管正激變壓器的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)
11、參數(shù),1.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù),2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù),磁心的選擇,1.計(jì)算最大輸出功率,2.計(jì)算原邊平均電流Iin,3.預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖Ipk,,,,,,,,Ipk,原邊電流波形,4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值Iprms,,,,,,,,,,,,r,Forward變壓器磁心中的回線(xiàn),,,,DB,磁心的選擇,5.Bmax的選擇:,fs<150KHz,Bmax取決于Bs, 本例fs=100KHz,取Bs的80%為基準(zhǔn), 材質(zhì)3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT,6.AP計(jì)算:,(注:本例中Bs取的是H=250A/m時(shí)的值0.37T,而不是handbook上給的1200A
12、/m時(shí)的0.44T),磁心的選擇,d.跟據(jù)AP選擇鐵心,選擇條件： 1.forward 2.假設(shè)限高30mm 3.要求高功率密度,跟據(jù)下表選擇PQ26/25,,BBN繞線(xiàn)空間,PQ26/25,13.55mmx4.1mm,圈數(shù)的計(jì)算與選擇,1.原邊圈數(shù)的計(jì)算 .,Ae=120mm2, Bac=136mT,2.副邊圈數(shù)的計(jì)算 .,.復(fù)算確認(rèn)原邊圈數(shù) .,圈數(shù)的計(jì)算與選擇,.原邊無(wú)氣隙電感的計(jì)算 .,MPL=57.3mm,.變壓器的變比 .,.實(shí)際最大占空比 .,D最大值滿(mǎn)足要求,(平均磁路長(zhǎng)度),繞組的計(jì)算與選擇,1.計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)截面積 .,前
13、面已得出：Iprms=1A Jp=600A/cm2,對(duì)于正激電路，副邊電流,前面給定Js=750A/cm2,2.導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)別和線(xiàn)包結(jié)構(gòu)的初選 .,原邊線(xiàn)徑,單心線(xiàn)0.5mm,多股線(xiàn)0.1x25C,副邊線(xiàn)徑,TIW 0.9mm,銅箔繞組:寬度10mm,線(xiàn)包結(jié)構(gòu)：常規(guī)變壓器，原副原三明治結(jié)構(gòu) 注意：輔助變壓器或需要高漏感的變壓器可以考慮用Simple結(jié)構(gòu) 而要求低損耗時(shí)可以考慮采用interleaving結(jié)構(gòu),繞組的計(jì)算與選擇,,3.通過(guò)一維計(jì)算確定導(dǎo)線(xiàn)的優(yōu)化條件 .,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一二
14、次側(cè)邊界,,主層,,次層,,,,,,,,原邊繞組主次共層 副邊繞組主次共層,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一二次側(cè)邊界,,主層,,次層,,,,,,,,內(nèi)外原邊繞組一個(gè)層個(gè)層 中間副邊繞組次層由主層平分到個(gè)組中，各有層,,注意： 銅箔的規(guī)則與導(dǎo)線(xiàn)相同 如果是Litz線(xiàn)，層數(shù)還要乘上股數(shù)的開(kāi)方值（如層0.1x25c線(xiàn)的損耗層數(shù)是xsqrt(25)=2x5=10層,繞組的計(jì)算與選擇,,4.不同線(xiàn)組合的對(duì)比列表 .,繞組的計(jì)算與選擇,5.導(dǎo)線(xiàn)的選擇與排布 .,BBN 的繞 線(xiàn)空間,,,,13.55,,,
15、4.1,0.1x25c,線(xiàn)徑約0.65mm 每層可布20圈，共布2層余4圈 總厚0.65x3=1.95mm,0.5,線(xiàn)徑約0.55mm 每層可布24圈，共布2層少4圈 總厚1.1mm,副邊繞組: 0.9TIW,線(xiàn)徑約1.15mm 每層可布11圈，一層布完,總厚1.15mm,0.12mm銅箔,每層外帶6層膠帶合計(jì)0.48mm,組合,0.1x25c+0.9TIW,sandwich,總厚度3.76mm,組合2,0.5+0.9TIW,sandwich,總厚度2.91mm,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,銅箔繞組,,,
16、,,對(duì)比0.9TIW,當(dāng)銅箔繞組超過(guò)3匝,即不合算,繞組的計(jì)算與選擇,6.線(xiàn)包結(jié)構(gòu) .,,,Top,Bottom,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P繞組1,24Ts,0.5,實(shí)際厚度約0.5mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,S繞組 9圈 TIW 0.9線(xiàn) 除去絕緣實(shí)厚約0.9mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,P繞組2,20Ts,0.1x25c, 實(shí)際厚度約0.5mm,PQ2625 組合2 RM12/I 組合1,,,Top,Bottom,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P
17、繞組1,21Ts,0.1x25c,實(shí)際厚度約0.65mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,S繞組 7圈 TIW 0.9線(xiàn) 除去絕緣實(shí)厚約0.9mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,P繞組2,14Ts,0.1x25c, 實(shí)際厚度約0.65mm,繞組的計(jì)算與選擇,7. 導(dǎo)線(xiàn)損耗的計(jì)算 .,,采用組合2方案,0.5+0.9TIW,sandwich,總厚度2.91mm,原邊直流電阻,原邊等效電阻,副邊直流電阻,副邊等效電阻,繞組損耗,鐵心的加工,1.氣隙的計(jì)算 .,對(duì)于正激變壓器，電子工程師需要給出一個(gè)合適的電感值,以
18、降低鐵心中的Br,例如:Lp=800uH,較準(zhǔn)確的氣隙電感計(jì)算公式：,氣隙可以加工,鐵心的參數(shù)計(jì)算,1.實(shí)際的交流磁通密度 .,2.鐵心損耗的計(jì)算 .,3.總損耗的計(jì)算 .,4.損耗比重 .,漏感的估算,,,,,,13.55,,,,2.74,,,0.5x24T,,,,0.9x9T,,0.5x20T,,,磁心對(duì)稱(chēng)軸,,7.1,,,0.42,,,0.42,,H,,,,,,,,,,,,24AT,-20AT,,,,,14,,,,3.04,,,0.65x21T,,,,0.9x7T,,0.65x14T,,,磁心對(duì)稱(chēng)軸,,7.3,,,0.42,,,0.42,,H,,,,,,,
19、,,,,,21AT,-15AT,,H1,H2,,x1 x2 x3 x4 x5 x6,x,x,H對(duì)x的函數(shù),漏感能量與電感之間的關(guān)系：,,,計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小,計(jì)算漏感時(shí)的線(xiàn)包總厚度不包括線(xiàn)包最外層的膠帶厚度,線(xiàn)包截面及相對(duì)尺寸,線(xiàn)包截面及相對(duì)尺寸,,,反激變壓器的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)參數(shù),1.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù),2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù),,,,,Flyback的工作模式,1.FLYBACK的工作原理,,,,,,,,,,,,,,,*,,,,,,,,*,,,,,,,,,,,,Vin,Lk,Lm,Tx,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ip,im
20、,CCM, Continuous Current Mode,連續(xù)電流工作模式 DCM, Discontinous Current Mode,斷續(xù)電流工作模式 DCMB, DCM Boundary,臨界斷續(xù)電流工作模式,上述模式均指的是Lm的工作狀態(tài),,,,,im,,,,,CCM,DCM,,,,im,,,DCMB,,用AP法選擇磁心,1.AP的計(jì)算,,,,,,,Ippk,原邊電流波形,,,,,,,,,,Ispk,副邊電流波形,,,,2.計(jì)算原邊平均電流Iin,3.預(yù)計(jì)算原邊電流峰值Ipk,4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值Iprms,1.輸出功率Po,5.原邊電感值Lp,7.計(jì)算AP,6.Bmax選擇,跟
21、據(jù)頻率選擇材料為3C96,再跟據(jù)Bs選擇Bmax=Bac=0.1036,,鐵心的選擇,跟據(jù)AP選擇鐵心,跟據(jù)下表選擇PJ3018,,選擇條件： 1.flyback 2.假設(shè)限高20mm 3.要求高功率密度 4. 無(wú)風(fēng),BBN for J3018,圈數(shù)的計(jì)算與選擇,1. 圈比的計(jì)算 .,2. 圈比的合理性 .,n=4.46滿(mǎn)足要求,3. 圈數(shù)的計(jì)算 .,Mos耐壓Vds=600V,裕量Vdsmargin=150V,Diode耐壓Vdm=150V,裕量Vdmmargin=50V,回算：,?。?圈數(shù)的計(jì)算與選擇,3. 驗(yàn)算圈比和Duty Cycle .,4. 計(jì)算氣
22、隙 .,5. 鐵心中磁通的計(jì)算 .,滿(mǎn)足要求,滿(mǎn)足要求,跟據(jù),得到,可以加工,交流磁通,直流磁通,最大磁通,滿(mǎn)足要求,繞組的計(jì)算與選擇,1.計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)截面積 .,前面已得出：Iprms=1.046A Jp=500A/cm2,對(duì)于反激電路，副邊電流,前面給定Js=500A/cm2,2.導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)別和線(xiàn)包結(jié)構(gòu)的初選 .,原邊線(xiàn)徑,單心線(xiàn)0.55mm,多股線(xiàn)0.1x30C,副邊線(xiàn)徑,TIW 均小于1.0,取TIW0.8x2,線(xiàn)包結(jié)構(gòu)：常規(guī)變壓器，原副原三明治結(jié)構(gòu),繞組的計(jì)算與選擇,3.在design tool中計(jì)算Re/Rdc .,4.導(dǎo)線(xiàn)的排布 .,,,,
23、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P繞組1,14Ts,0.1x30c,實(shí)際厚度約0.75mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,S繞組 7圈 TIW 0.8x2線(xiàn) 2層 除去絕緣實(shí)厚約1.9mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,P繞組2,17Ts,0.1x26c, 實(shí)際厚度約0.75mm 其中內(nèi)層13圈,外層4圈,占用1.5mm,,,,,,,,,,,,線(xiàn)包總厚度:5.1mm BBN壁與Core 之間5.35mm,繞組的計(jì)算與選擇,5.繞組損耗的計(jì)算 .,0.1x30C+0.8TIWx2,sandwich,
24、總厚度2.91mm,原邊直流電阻,原邊等效電阻,副邊直流電阻,副邊等效電阻,繞組損耗,考慮到氣隙的擴(kuò)散效應(yīng)造成的損耗，Pw估測(cè)損耗增加30%,變壓器的其它性能參數(shù),.鐵心損耗 .,2.變壓器總損耗耗 .,3.變壓器損耗比重 .,變壓器的其它性能參數(shù),4.漏感的估算 .,H對(duì)x的函數(shù),漏感能量與電感之間的關(guān)系：,計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小,,,,,10.7,,,,4.49,,,0.75x14T,,,,0.8x7T,,0.75x17T,,,磁心對(duì)稱(chēng)軸,,7,,,0.42,,,0.42,,H,,,,,,,,,,,,14AT,
25、-17AT,x,線(xiàn)包截面及相對(duì)尺寸,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Flyback輔助繞組的電壓調(diào)整,常見(jiàn)做法: 主輸出Vo1有反饋控制,輔助輸出不控,由Nso1與Nso2的變比決定輸出電壓,常見(jiàn)問(wèn)題: 主輸出Vo1重載,Vo2電壓漂高.,,多路輸出的交差調(diào)整問(wèn)題,漂高原因電壓spike,,,解決方法: 1.加強(qiáng)輔助繞組與受控副邊間的偶合, 強(qiáng)化受控輸出對(duì)輔助輸出電壓的鉗位(主要因素) 2.盡可能地減小輔助輸出與原邊間的偶合，減小原副邊轉(zhuǎn)換時(shí)的電壓尖峰對(duì)輔助繞組的影響(次要因素) 做法：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
26、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PS1Aux(S2),,,Aux,Sec,Pri,,,Good couple,Bad couple,全橋變壓器的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)參數(shù),1.從電路引入的設(shè)計(jì)參數(shù),2.磁性元件的一些常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù),用AP法選擇磁心,1.AP的計(jì)算,,,,,,,Ipk,原邊電流波形,,2.計(jì)算原邊平均電流Iin,3.預(yù)計(jì)算原邊電流脈沖Ipk,4.預(yù)計(jì)算原邊電流有效值Iprms,1.輸出功率Po,6.計(jì)算AP,5.Bmax選擇,跟據(jù)頻率選擇材料為DMR44,全橋磁心在1-3相限工作， 跟據(jù)Bs選擇Bmax=Bac=0.2017,,,,,,,,,,,,,鐵心的選擇,跟據(jù)AP選
27、擇鐵心,跟據(jù)下表選擇PQ3230,,選擇條件： 1.全橋 2.假設(shè)限高35mm 3.要求高功率密度 4. 有風(fēng),PQ3230BBN繞線(xiàn)空間,圈數(shù)的計(jì)算與選擇,. 圈數(shù)的計(jì)算 .,復(fù)算Np,圈數(shù)的計(jì)算與選擇,2.原邊無(wú)氣隙電感的計(jì)算 .,MPL=71.8mm,Ae=149mm2, Bac=200mT,3.變壓器的變比 .,4.實(shí)際最大占空比 .,D最大值滿(mǎn)足要求,繞組的計(jì)算與選擇,1.計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)截面積 .,前面已得出：Iprms=4.99A Jp=600A/cm2,對(duì)于全橋電路，副邊電流,前面給定Js=600A/cm2,2.導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)別和線(xiàn)包結(jié)構(gòu)的初選
28、 .,原邊線(xiàn)徑,單心線(xiàn)0.8mm,多股線(xiàn)0.1x50C,副邊線(xiàn)徑,線(xiàn)徑過(guò)粗,選用銅箔0.1x16,常規(guī)繞法,繞組的計(jì)算與選擇,3.在design tool中計(jì)算Re/Rdc .,厚度大于0.2mm的銅箔,損耗基本相同,繞組的計(jì)算與選擇,4.導(dǎo)線(xiàn)的排布 .,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P繞組1,14Ts,0.1x50c,實(shí)際厚度約0.95mm,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,S1 和S2各1圈 0.2x16銅箔,實(shí)厚0.7,,,P-S繞組間絕緣和Shielding共厚約0.42mm,,,,P繞組2,14Ts,0.1x50c, 實(shí)際
29、厚度約095mm,,常規(guī)結(jié)構(gòu),繞組的計(jì)算與選擇,5.繞組損耗的計(jì)算 .,0.1x50C+0.2X16 copper,sandwich,總厚度2.91mm,原邊直流電阻,原邊等效電阻,副邊直流電阻,副邊等效電阻,繞組損耗,變壓器的其它性能參數(shù),.鐵心損耗 .,2.變壓器總損耗耗 .,3.變壓器損耗比重 .,變壓器的其它性能參數(shù),4.漏感的估算 常規(guī)結(jié)構(gòu) .,H對(duì)x的函數(shù),漏感能量與電感之間的關(guān)系：,計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并不能代表實(shí)際的結(jié)果，但可以對(duì)比不同的繞組結(jié)構(gòu)的漏感大小,,,,,18.5,,,,3.44,,,0.95x14T,,,,0.2x2T,,0.95x
30、14T,,,磁心對(duì)稱(chēng)軸,,7.95,,,0.42,,,0.42,,H,,,,,,,,,,,,14AT,-14AT,x,,變壓器參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化,1.變壓器損耗的最優(yōu)化推導(dǎo) 2.繞組損耗的影響因素,變壓器損耗的最優(yōu)條件,變壓器的電路模型,變壓器的電路等效模型,,,Pw,Pc,,跟據(jù)最小值原理,當(dāng) 時(shí),,效率,達(dá)到變壓器的最大值.,即,當(dāng)Pw=Pc時(shí),變壓器獲得最大效率,本推導(dǎo)是在一定的簡(jiǎn)化條件下才成立的,,Vo,變壓器損耗的最優(yōu)條件,條件:,此時(shí):,當(dāng),,,選定鐵心后的效率優(yōu)化,繞組損耗:,特定鐵心損耗(定頻):,輸入功率:,當(dāng)原副邊導(dǎo)線(xiàn)填充率相同時(shí):,,Min(Pi),將
31、上式代入Pw 和Pc公式得到:,對(duì)于多數(shù)磁性材料來(lái)說(shuō),x 在2-3之間, 所以,Pc=0.61*Pw,根據(jù)效率的不同優(yōu)化條件可以得到不同的最高點(diǎn), 但Pc和Pw的差距總在來(lái)說(shuō)不宜太大,,影響繞組損耗的因數(shù),1.DCR:所選鐵心的MLT,圈數(shù)和線(xiàn)徑*股數(shù) 2.Rwinding: 繞組的選線(xiàn)和排布,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Hmax,,H=0,跟據(jù)交流損耗的原理,平行排布的同向電流的導(dǎo)體,其平行2側(cè)的H值越大,交流損耗越大,,,Hw,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Hmax,,H=0,,,Ww,減小H的方法: 1.拉高窗口寬度或拉寬窗口寬度(如平面化) 2.減小每個(gè)磁回路的電流和(如三明治或interleaving),
開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)與材料選擇.ppt
