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、穩wen壓ya等deng作zuo用yong。但dan是shi不bu同tong的de變bian壓ya器qi所suo發fa揮hui的de作zuo用yong也ye不bu同tong。如ru何he為wei電dian路lu選xuan擇ze合he適shi的de變bian壓ya器qi?本ben文wen以yi正zheng激ji變bian壓ya器qi設she計ji中zhong磁ci芯xin骨gu架jia的de選xuan擇ze作zuo為wei出chu發fa點dian,總zong結jie初chu級ji繞rao組zu的de線xian徑jing設she定ding。
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,ΔBqudeyueda,ciganyingqiangdudebianhuafanweiyuekuan,cixindetiesunyueda,dansuoxuyaodezashujiuyueshao,xiangyingdetongsunjiuxiao。xuanyongcixindeshihou,xuyaoxuanzebaohecitongmidujinlianggao,shengyucitongmidujinliangxiaodecixin,zheyangkeyishixian
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NPruguobushizhengshudehua,yexuyaojinsidequzhi,dangranhuidailaizabiyuzhankongbideqingweibianhua,danyouyuyingxiangjiaoxiao,suoyiyibandoubuxuyaozaiciqufantuizhankongbi。
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。
針zhen對dui正zheng激ji式shi變bian壓ya器qi的de骨gu架jia磁ci芯xin的de選xuan擇ze,以yi及ji初chu次ci級ji繞rao組zu的de線xian徑jing,本ben篇pian文wen章zhang都dou做zuo了le較jiao為wei詳xiang細xi的de介jie紹shao。希xi望wang大da家jia在zai閱yue讀du過guo本ben篇pian文wen章zhang之zhi後hou能neng夠gou積ji累lei更geng多duo有you關guan正zheng激ji變bian壓ya器qi的de設she計ji。
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