大咖經驗談:精準選擇變壓器骨架及繞組線徑
發布時間:2015-01-20 責任編輯:echolady
【導讀】任何的電子元器件在電路中都發揮著與眾不同且不容小覷的作用。就拿文中的變壓器為例,在電路中,變壓器做藥祈禱對電流進行變換、隔離、wenyadengzuoyong。danshibutongdebianyaqisuofahuidezuoyongyebutong。ruheweidianluxuanzeheshidebianyaqi?benwenyizhengjibianyaqishejizhongcixingujiadexuanzezuoweichufadian,zongjiechujiraozudexianjingsheding。
第一個需要麵對的就是變壓器骨架與磁芯的選擇,其需要考慮的因素實在太多,我們列舉其中一部分來討論下。
首先用Ap法(磁芯麵積乘積法)來計算變壓器的AP值:AP=AW*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)
AW: core之窗口麵積.( cm^2);
Ae: core有效截麵積.( cm^2);
Ps : 變壓器傳遞視在功率( W ) Ps=Po/η+Po (正激式);
ΔB: 磁感應增量 ( T );
fs : 變壓器工作頻率 ( HZ );
J : 電流密度 ( A )
根據散熱方式不同可取300~1000 A/cm^2;
Ku: 磁芯窗口係數. 可取0.2-0.4.
對於上式Ap算法得到的值,跟實際使用的變壓器AP值(zhi)相(xiang)差(cha)較(jiao)遠(yuan),所(suo)以(yi)被(bei)人(ren)廣(guang)泛(fan)詬(gou)病(bing)。其(qi)實(shi)產(chan)生(sheng)誤(wu)差(cha)的(de)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)是(shi),上(shang)式(shi)基(ji)本(ben)上(shang)都(dou)是(shi)在(zai)工(gong)程(cheng)應(ying)用(yong)中(zhong)才(cai)有(you)優(you)化(hua)近(jin)似(si)而(er)得(de)到(dao)的(de),所(suo)以(yi)有(you)些(xie)參(can)數(shu)是(shi)較(jiao)為(wei)理(li)想(xiang),而(er)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)很(hen)多(duo)的(de)參(can)數(shu)是(shi)變(bian)化(hua)的(de),甚(shen)至(zhi)還(hai)有(you)些(xie)分(fen)布(bu)參(can)數(shu)在(zai)“搗亂”,所以造成了偏差,在實際使用在還要考慮到餘量,所以對於計算得到的Ap值乘上一個1.5-2的係數比較合理。
其實這裏的ΔB(磁感應增量)是個比較重要的物理量,需要大家注意。ΔB表征磁芯的在電源工作時,磁感應強度的變化範圍,ΔB=Bmax-Br,Bmax是最大磁感應強度,Br剩餘磁感應強度。
在輸入電壓與工作頻率不變的前提條件下,對於同一幅磁芯,ΔB取qu得de越yue大da,磁ci感gan應ying強qiang度du的de變bian化hua範fan圍wei越yue寬kuan,磁ci芯xin的de鐵tie損sun越yue大da,但dan所suo需xu要yao的de匝za數shu就jiu越yue少shao,相xiang應ying的de銅tong損sun就jiu小xiao。選xuan用yong磁ci芯xin的de時shi候hou,需xu要yao選xuan擇ze飽bao和he磁ci通tong密mi度du盡jin量liang高gao,剩sheng餘yu磁ci通tong密mi度du盡jin量liang小xiao的de磁ci芯xin,這zhe樣yang可ke以yi實shi現xian
得到AP值之後,可能有非常多的變壓器都符合需要,這是首先需要考慮結構尺寸的限製,特別是高度與寬度的限製。
比如EFD30與EI28的AP值同樣都是0.6cm4左右,但EFD30的高度小很多,更適合與扁平化的電源中,而EI28對(dui)於(yu)緊(jin)湊(cou)型(xing)電(dian)源(yuan)則(ze)顯(xian)得(de)更(geng)重(zhong)要(yao)。其(qi)次(ci),從(cong)降(jiang)低(di)漏(lou)感(gan)與(yu)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa),應(ying)該(gai)選(xuan)擇(ze)骨(gu)架(jia)寬(kuan)度(du)較(jiao)寬(kuan)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)跟(gen)骨(gu)架(jia),這(zhe)樣(yang)單(dan)層(ceng)繞(rao)線(xian)的(de)匝(za)數(shu)會(hui)更(geng)多(duo),有(you)利(li)於(yu)降(jiang)低(di)繞(rao)線(xian)層(ceng)數(shu),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)漏(lou)感(gan)與(yu)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong),關(guan)於(yu)漏(lou)感(gan)的(de)問(wen)題(ti),我(wo)們(men)在(zai)後(hou)麵(mian)再(zai)展(zhan)開(kai)討(tao)論(lun)再(zai)次(ci),還(hai)要(yao)從(cong)通(tong)用(yong)性(xing)與(yu)經(jing)濟(ji)性(xing)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)考(kao)慮(lv),這(zhe)是(shi)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong)無(wu)法(fa)回(hui)避(bi)的(de)現(xian)實(shi)問(wen)題(ti)。
當然還有安規,EMI,溫升,繞法等一些問題需要考慮。
計(ji)算(suan)好(hao)匝(za)比(bi)之(zhi)後(hou),一(yi)般(ban)會(hui)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)次(ci)級(ji)整(zheng)流(liu)管(guan)的(de)電(dian)壓(ya)應(ying)力(li),將(jiang)計(ji)算(suan)的(de)匝(za)比(bi)調(tiao)整(zheng)或(huo)將(jiang)匝(za)比(bi)取(qu)整(zheng),接(jie)著(zhe)我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)匝(za)比(bi)來(lai)反(fan)推(tui)電(dian)路(lu)的(de)真(zhen)實(shi)占(zhan)空(kong)比(bi)範(fan)圍(wei)。
Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)
Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)
後麵的就是要根據真實的占空比範圍來計算,這樣得到的參數才是比較合理的,接著就可以計算最大與最小的導通時間。
tonmax= Dmax/ fs
tonmin= Dmin/ fs
接著就能計算初級繞組的匝數了。
Np =Vin(min) ×tonmax/(ΔB×Ae)
Np:初級繞組的最少匝數
Vin(min):初級繞組的最低輸入直流電壓
tonmax:初級MOSFET的最大導通時間
ΔB:磁感應強度的變化量,正激類電源根據散熱條件,一般可以取0.2-0.3。
Ae:所選磁芯的橫截麵積,一般在磁芯手冊上可以查到。
接下來計算次級匝數,次級匝數Ns = Np / n,當然得到的數值不一定是整數,一般都是要四舍五入取整數匝,因為小數匝在繞線的時候工藝不好控製。
cishiyouhuidailaiyigewenti,yaoxiangbaochizabibubian,nameshibiyaogenjusishewuruzhihoudecijizashu,fanguolaijisuanchujidezuizhongzashu,fouzezhankongbijiuhuifashenggaibian, Np= Ns * n。計算的NP如(ru)果(guo)不(bu)是(shi)整(zheng)數(shu)的(de)話(hua),也(ye)需(xu)要(yao)近(jin)似(si)的(de)取(qu)值(zhi),當(dang)然(ran)會(hui)帶(dai)來(lai)匝(za)比(bi)與(yu)占(zhan)空(kong)比(bi)的(de)輕(qing)微(wei)變(bian)化(hua),但(dan)由(you)於(yu)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao),所(suo)以(yi)一(yi)般(ban)都(dou)不(bu)需(xu)要(yao)再(zai)次(ci)去(qu)反(fan)推(tui)占(zhan)空(kong)比(bi)。
同樣的,確定最終的初級匝數之後,可以反過來推算變壓器磁芯的磁感應強度變化範圍,驗證ΔB是否在合理的範圍之內,ΔB=[Vin(min) ×Dmax×Ts] / (Np×Ae)。
得到Np之後,就可以計算出複位繞組匝數Nr,並計算出勵磁電流以及複位繞組的線徑,考慮到MOSFET的電壓應力與變壓器的可靠複位,一般都是設Np=Nr,然後根據所選磁芯的AL值,計算出複位繞組的電感量Lr=AL*N^2,繼而計算出複位繞組的複位電流Ir=Vin(min) ×tonmax/Lr,相應的繞組線徑也就能計算出來了。
接下來的工作就是計算初次級繞組的線徑,有一點需要大家注意的就是,計算線徑要以電流有效值來計算,而非電流峰值或平均值!
要計算初級繞組的線徑,首先要計算初級的峰值電流Ip = Pi / VL = Po / (η×Dmax×Vin) ,然後再計算峰值電流Iprms= Ip×√D,最zui後hou在zai根gen據ju電dian流liu密mi度du來lai計ji算suan需xu要yao的de繞rao組zu線xian的de橫heng截jie麵mian積ji,最zui後hou要yao根gen據ju頻pin率lv,趨qu膚fu深shen度du與yu臨lin近jin效xiao應ying,變bian壓ya器qi骨gu架jia寬kuan度du跟gen深shen度du等deng因yin素su來lai計ji算suan單dan根gen線xian徑jing的de外wai徑jing。
同理次級繞組的計算方法一樣的,不同點就是用電流平均值來計算,Isrms=Io×√D,然後要考慮單根線徑的值,考慮因素同上。
zhenduizhengjishibianyaqidegujiacixindexuanze,yijichucijiraozudexianjing,benpianwenzhangdouzuolejiaoweixiangxidejieshao。xiwangdajiazaiyueduguobenpianwenzhangzhihounenggoujileigengduoyouguanzhengjibianyaqidesheji。
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