关于变压器技术,很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源,才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章,供大家学习~01)AP法绕制变压器,看这篇文章足够了!(作者:大话硬件)设计电源的基本参数在设计反激式开关电源时,其中最重要的部分就是高频变压器的设计。这篇文章主要介绍
关于变压器技术,很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源,才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章,供大家学习~
01)AP法绕制变压器,看这篇文章足够了!(作者:大话硬件)
设计电源的基本参数
在设计反激式开关电源时,其中最重要的部分就是高频变压器的设计。这篇文章主要介绍如何使用AP法绕制一个高频变压器。
假设我们设计的开关电源应用在蓄电池上,参数指标如下:
(1) 输入直流电压:48V(42V~56V)
(2) 开关频率:
(3) 设定最大占空比:
(4) 效率:80%
(5) 输出直流电压:DC 24V/0.5A DC12V/1A DC5V/0.5A DC60V/1A
(6) 输出电压误差:DC24V/5% DC12V/5% DC5V/3% DC60V/5%
(7) 输出功率:90W
(8) 工作环境温度:0℃~80℃
根据上面的设计指标,计算出每周期开关管工作最大的时间:
根据单节蓄电池的特性可知,12V电池单体,在放电时,最低电压阈值为10.5V;充电时,最高电压阈值为14V。则系统输出电压最小值为42V。输出电压最大值为56V。
高频变压器设计
在开关电源的所有器件中,高频变压器承担着能量的传输和隔离的功能。变压器结构设计是否合适会直接影响到开关电源的效率,电磁干扰,电源整机的可靠性等问题。设计一个出色的变压器需要具有漏感小,直流损耗小,交流损耗小,匝间分布电容和耦合电容小等性能,因此在设计变压器的时候,某些具体参数要折中考虑……
02)为什么变压器在被动地传输能量,它和电感的工作原理有何异同,如何认识电源中的变压器?(作者:源知)
以下讲解内容是作者在实际工作过程中,许多从事电源开发工作的工程师遇到的疑问进行梳理的内容,最容易混淆的是电感和变压器的区别,也就是究竟该怎样理解变压器工作原理的问题。耐心看一下,也许对变压器理解或重新认识有所帮助,有疑问或不准确的地方,也希望同行指正。
我们将变压器的磁芯等效为一个磁棒来分析变压器,也就是我们的“磁棒绕线分析法”,磁棒分析法由于标明了线圈绕制形式,这让我们对变压器的同名端和异名端的认识具有一目了然的效果,因为从绕线角度来看,两组及以上同类型的绕线端是互为同名端或异名端的,这里同类型绕线就是从绕线看,绕向都是从磁芯正面或者磁芯反面开始绕线。
注:
(1)同名端和异名端是根据电磁依据命名的,对单个绕组讲,这个名称没有意义,所以才说互为同名端或异名端,因此它们是多绕组耦合线圈的概念范畴。
(2)磁棒绕线法是将磁芯展开成磁棒,再按照绕线方式画出绕线,标注同名端。“磁棒绕线法”可以直接标注磁力线的走向,对我们认识像变压器这种两个以上绕组的磁性元器件具有巨大的帮助,因为你总是可以快速画出磁力线走向并且做不同的标记,如上图。
提要
我们电源中的变压器和电感都是磁芯上绕着线圈,似乎都是都能称为电感,那么我们怎样去认识变压器和电感,或者我们先从认识变压器隐藏的“电感—激磁或励磁电感”开始,然后我们再分析变压器扮演的角色以及它的用处,总而言之,我们应该重新认识一下变压器,消除我们的迷惑。
1、变压器原理概述
变压器是具有两组或者两组以上的线圈绕组构成的耦合电感类型元件(但它不以储能为目的,而是扮演传输能量的角色,接着往后看),既然是以耦合方式工作的器件,高导磁磁芯是建立强耦合的必要条件,原边或初级完成电生磁,磁场顺着高导磁芯进行”传输”到下一个线圈绕组(如,副边),副边或次级完成磁生电,从而给实际电路负载提供能量,经过这么一个转换过程达到能量传输的同时也完成了初次级的电气隔离,下面是常见变压器的绕组形式,两”||”表示的是磁芯。
03)反激拓扑RCD吸收之变压器漏感(作者:Preston)
反激电源的RCD吸收,对电源研发行业从业者来说是非常常见的电路,一般认为为了处理反激电源变压器漏感带来的功率管电压尖峰,需要通过RCD电路进行处理。尽管十分常见,但是我还是决定写一个专题的系列文章,初步估计会有三到四篇文章,内容分别关于变压器漏感、RCD连接方式、损耗计算和元件选型,希望能带给读者一些新的研发思路。
一些基本理论
变压器,一种利用电-磁互相转化的原理实现能量从一个端口到另一个端口的电子元件,基本结构是磁芯以及绕在同一个磁芯上的两个或多个绕组。
尽管通常并不会把反激电源变压器当做典型的变压器来分析(实践中往往当做耦合电感),但是变压器的相关理论显然仍然适用于反激电源变压器。
理想的变压器是没有能量损耗的,且变压器各个绕组之间完全耦合,这时候变压器的电路模型就十分简单。但是实际上,变压器在进行电-磁-电的转换过程中,无论是磁芯还是绕组都是有损耗的,而且绕组之间并不能做到完全耦合。这时候,变压器的电路模型就复杂的多。这时候,可以使用等效电路将变压器转换为基本的电阻、电感等元件,借助基本的电路理论进行一些简化分析。
上图是一个简图。实际的变压器耦合不好,导致了漏感L_p、L_s;电流流过变压器绕组产生的损耗是由于电阻R_p、R_s;在磁芯激励出磁场才能将能量传递到副变,出现了励磁电感L_m;磁芯中的变化的磁场是需要消耗能量才能维持的,有了励磁损耗R_m。加上中间的理想变压器,这就有了实际变压器的一个近似等效。
这时,中间的理想变压器只起到了隔离的作用。通过阻抗变换,我们可以去掉它:
无论变压器匝数比是多少,我们都可以通过阻抗变换,将变压器次级的阻抗乘以匝数比的平方,而将变压器匝数比替换为1:1。一个1:1的变压器原副边等电位点连载一起,就得到了变压器的T型等效电路……
04)如何抑制反激变压器共模EMI和去Y除电容器(作者:electronicLee)
前面我们讨论了反激变换器的基本设计、低功耗方案、仿真验证,那么在我们基本功能都调试成功后,还需要进行一个让工程师非常头疼的EMC问题。虽然通过各种论坛、博客中了解了噪声传导路径以及各种整改经验,话说回来不同的电路工况可能不一定适用,但是能提供一定的解决办法。
那么本文将重点讨论:
传导方面:反激变压器降低共模EMI的技术以及简单的测试方法,能够帮助在大规模测试中快速设计和评估变压器。
传导整改建议。
一:传导整改——变压器
国际惯例先上一波传导问题:(无图无真相)
传导很惨,根据论坛上的整改建议都试了个遍,尤其是400KHz~600KHz降不下来。从理论上分析,该部分为差模成分,实际验证其实不然,增加X电容于事无补,我的样机该部分共模成分较多。所以整改措施只是个方向,不能迷信。
【本次项目交流输入测为C8接口仅有L、N两根线】
那我们先看看传导测试中的点点滴滴:
传导测试方框图相信大家并不陌生了,在这里就不详细说明。
还是一样,我们再来回顾一下反激变换器中的共模和差模路径:
反激式转换器的共模噪声路径:一条路径是从 MOSFET 的漏极到大地,另一条路径是从噪声源通过变压器的寄生电容到次级侧,然后对地,如图所示,为了降低CM噪声,通常在适配器中使用CM电感和Y电容……
05)开关电源变压器磁芯介绍(作者:tt_engineer)
1、磁芯材料的分类
软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。其优点是电阻率高、交流涡流损耗小,价格便宜,易加工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低,磁导率不高,磁致伸缩大,对温度变化比较敏感
2、铁氧体磁芯和合金类磁芯
Ⅰ.铁氧体磁芯
① 锰锌系:
组成:Fe2O3 71%,MnO 20%,其他为ZnO
电阻率高(10omh-cm)
铁芯损耗低
居里温度高
形状:EE,ER,EI,PQ,RM,POT
用途:功率变压器,EMI共模滤波器,储能电感
② 镍锌系:
组成:Fe2O3 50%,NiO 24%,其他为ZnO
电阻率高(omh-cm)
铁芯损耗较锰锌系高
工作频率高
居里温度高
形状:DR,R,环形
用途:常模滤波器,储能电感
Ⅱ. 合金类磁芯
① 硅钢片
极高的磁导率(μ约60000)
很高的饱和磁通密度(0.6T~1.9T)
电阻率非常低(取决于硅含量),故使用频率不高
成本低廉
型式:片状或带状以及加工后的O型,R型等
② 铁粉芯
极细的铁粉和有机材料粘合
磁导率在10~75之间
低成本
铁芯损耗很高
型式:EE,ER,环形等
③ 铁硅铝合金
铝6%,硅9%,铁85%组合成
磁导率在26~125之间
成本中等
铁芯损耗低
型式:环形
④ 铁镍合金
镍50%,铁50%组合而成
饱和磁通密度高于铁硅铝合金
成本高于铁硅铝合金
铁芯损耗于铁硅铝合金和铁粉芯之间
型式:环形
⑤ 钼坡莫合金
钼2%,铁17%,镍81%组成
磁导率在14~550之间
饱和磁通密度最高
成本最高
铁芯损耗最低,稳定性最好
型式:环形……
06)开关电源:FLY变压器的磁对消技术的原理及测试方法!(作者:杜佐兵)
EMC在电子产品/设备已经成为可靠性的重要组成部分;将越来越被重视!特别对于我们的工业&消费类产品要求满足其相应的认证和出口要求,对应的国家政策也在不断完善;随着电子产品/设备的供电系统都开始大量运用高频开关电源并且也越来越高端化;因此对电源环境的要求就越来越高;EMC将是越来越重要!
如果开关电源系统的产品没有地线设计:例如塑料机壳产品-即浮地设计!针对开关电源系统-开关变压器的EMI设计我推荐使用低共模噪声的变压器设计技术;对开关变压器我推荐使用屏蔽绕组技术;
变压器实现低共模噪声的原理:
上图为变压器实施低噪声的结构设计,变压器的初次间以及绕组之间存在分布电容的影响;由于FLY变压器进行输出电压变化时,其匝比就不会是1:1的对应关系;对于大部分输出是降压的设计;VP(初级的电压)就会大于VS(次级的电压)并且方向相反;就会出现初次级电荷不平衡的结构关系!我们可以通过增加屏蔽绕组的结构来实现电荷的抵消!即满足VP*CAC=VS*CDA的等式近似成立……
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