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【我是工程师】--单端正激双管式开关电源设计之高频变压器设计!

时间:2018-06-04 10:14:10  来源:  浏览量:
最近电源网举行我是工程师这个活动 看到礼品这么丰富 我也忍不住想凑个热闹 准备把以前自己动手设计的一款电源贴出来和大家共享其中借鉴了一些资料 难免会有一些差错 希望大家能及时指证 然后捏~~坐等下文喽 看你搞,我也在心养养的,想搞个单管正激,说实话,看到那么多,那么好的奖品,我也心动,一方面为拿奖,另一方面也为了学习,但现在手里没有这个项目,不方便 今天花了一天的时间把帖子整理为PDF的格式 供大家参考我是工程师-单端正激式变压器设计.pdf MARK 继续哈 占个座,坐等! 因为有两个月左右的时间 所以我自己的规划是 首先分析单端正激式变换器拓扑结构 接着根据我自己的项目分析单端正激式电路的高频变压器设计方法 再其次是分析使用到的电源管理芯片的特性及功能,同时分析功率MOS的选择 最后是各功能电路的分析 并贴出原理图 大概的时长差不多1个多月 主要是工作比较忙 只能抽晚上的时间来和大家分享 很多地方分析的会不到位 计算的公式 以及原理什么的都只是自己的理解 会有错误 望大家及时指正 大家共同学习探讨 单端正激式开关电源 一般适用与200W以下的开关电源 (至于为什么是200W 我没有真正去验证过 找了好些资料 都是这么说的 希望有高手能解释一下为什么不能超过200W) 我以前见过1200W的单端正激式开关电源 功率模块用的是IGBT 不过效率不高

常见的单端拓扑结构 通常都是带有去磁绕组 去磁绕组的圈数和初级绕组的圈数相同 主要目的是为了防止变压器磁饱和 正激拓扑结构的高频变压器磁芯是不需要有去磁绕组的 因为初级获得的能量都会完全传递到次级 但是实际的情况是 因为磁芯工作的区间的一三象限 每次初级获得能量在传递到次级时 磁芯都会有一些能量的残留 当残留的能量不断累加时 变压器就会发生磁饱和(磁通量为零 电流无穷大 至此变压器就会烧毁) 为了防止变压器磁饱和 需要加入去磁绕组 去磁绕组的方向和初级绕组的方向正好相反 每次初级将能量传递到次级时 残余的能量和去磁绕组中的能量方向相反 正好抵消

至于去磁绕组和初级绕组是如何绕制的 查了几本书 都说是紧密绕制 在《变压器与电感器设计》(龚绍文翻译)这本书中,中写道是双线并绕 我想了很长时间没有搞懂 虽然我变压器也绕制了很多 但是双线并绕一般都是同向的 主要是为了降低趋肤效应 不知道书上的意思作何解释

拓扑1

开关电源的书籍 我买了很多本 有王志强翻译的《精通开关电源设计》 《开关电源手册》 沙占友写的 张兴柱写的 陶显芳写的 翻开这些书籍 滔滔不绝的都是公式 这些人 我相信他们都是大神级别的 通过公式的罗列 基本就能真正理解开关电源各种拓扑结构的知识 但是这种方法 对于我不合适 我相信公式 但我更相信实证 只有把某一种拓扑结构的电源做出来 通过示波器 万用表测试关键节点的参数 并和公式对照 我才能说服自己 某个公式是正确的 不知道 群里的大神们 你们学习电源的制作 是采用的什么方法 希望大家能说说 话说 我最喜欢的还是刘胜利写的书籍 虽然重复性很多 但是 确实是作者实战结合理论的成果 单管正激式拓扑结构有两个缺陷 第一是功率管截止期间承受的电压应力是两倍的Vin 第二个问题 就是昨天我帖子里说到的 因为高频变压器工作与第一象限 磁能会在磁芯中积累 导致磁芯饱和 磁通量为零 电流无穷大 需要加去磁绕组 而去磁绕组需要和初级线圈紧密绕制 这个工艺比较繁琐 这是我对单管正激式拓扑结构的理解 为了降低功率管的电压应力同时省略去磁绕组 我们引入另一个单端正激式拓扑结构 它是单端双管正激式拓扑结构 听这个名字 就知道它是单端单管正激式拓扑结构的孪生兄弟 他的近照

单端双管式拓扑

大家仔细看会发现 双管式和单管式有两个不同 第一当然是功率管变成了两个 另一个不同点就是去磁绕组没了 变成了两个续流二极管 第一个的改变 使功率管在截止期间 每个管子承受的电压应力变成了Vin 这个变化对于选择功率管提供了很大的便利 另一个变化就是去磁绕组变成了续流二极管 这样做 变压器的工艺立马就省了很多 功率管耐压问题以及高频变压器的工艺问题虽然解决了 但是后面又来了一个问题 这个问题要解释清楚 需要引入上述两种拓扑结构的父辈 它的名字叫做BUCK拓扑结构 上近照

buck

在buck拓扑结构中 二极管D的作用是续流 电感的作用是储能 当功率管导通期间 二极管截止 电感储能 负载功率由输入电源供电 当功率管截止 此时负载的供电由电感提供 同时二极管正向导通 为负载电流提供回路 根据二极管PN结的物理特性 当输出功率越大 续流二极管的反向截止时间越长 同时 因为电感承担着为负载供电的作用 有了上面的概念 现在我们转回话题 再谈单端双管正激式拓扑结构 在该拓扑结构中 变压器的作用是能量的传递 和反激式拓扑结构不同 他没有能量储存的作用 能量的储存由后端的输出滤波电感来承担 此时 滤波电感的体积变需要加大 以便能容纳足够多的能量 为后端的负载供电 说到这里 大家应该知道 单端双管正激式拓扑结构的缺点了 那就是续流二极管的反向截止时间相对较长 另一个缺点就是滤波电感体积偏大 那有没有好的办法来改善呢 答案是有的 欲知后事如何 且听下回分解 接着昨天的话题 现在我想采用单端双管正激式拓扑结构输出更大的功率 怎么办了 除了增大续流二极管以及输出滤波电感的方法 有没有其他的方法呢 打个简单的比方 只以骆驼为例 一头瘦弱的骆驼只能驼100斤的货 我现在有150斤的货物 那怎么办呢 一种方法是 重新选一头强壮的骆驼 他的负载能力强了 可以驼200斤的货物哦 那问题解决了 或者选两头瘦弱的骆驼 每头驼75斤 问题也解决了 同样的道理 现在我采用单端双管正激式拓扑结构 想输出更大的功率 一种方法便是我上述中的增大续流二极管以及输出滤波器的体积 还有一种办法是 我不增大续流二极管的型号 也不增加疏忽滤波器的体积 我采用两款同样的电路并联即可解决这个问题 至此我们引入并联式单端双管正激式拓扑结构 上近照

并联式单端双管正激式拓扑结构

上述我讲了这么多东西 其实就是为我这个项目做铺垫 这款电源是参考的刘胜利老师<现代高频开关电源实用技术>这本书中的实例做的 这款电源的计算方法 一些公式我除了引用刘胜利老师的计算方法,还参考了张占松老师写的<开关电源的原理与设计>,Abraham I.Pressman技术大牛写的<开关电源设计>,王全保编写的<电子变压器手册>,赵修科老师的<磁性元器件分册> 龚绍文先生翻译的《变压器与电感器设计手册》 张兴柱老师写的《开关电源的功率变换器拓扑与设计等等 这么多书籍的查找 主要是为了避免公式引用错误 误导了大家 做电源项目也有几年了 我一直侧重于动手能力 把产品做出来 根据实际测试情况改进 不怎么拘泥与理论计算 一方面是自己的理论功底比较差 另一方面是觉得实际项目不需要太深究与书本理论的计算 在电源的计算上 很多时候都是大而化之 不严谨 对于关键节点的波形测试基本没有真正深入的分析过 借助电源网这次"我是工程师"活动 我想在业余时间多花点功夫把自己的理论功底再加强加强 也希望大家能多多指导 吼吼 按照我前几天的规划 下一讲就是单端正激式开关电源变压器的讲解了 对于开关电源来说 高频变压器的设计 确实是一个重点 也是难点 我自己也需要加强一下理论功底 这几天多查查资料 争取尽量讲的详细一点 明天见 加油!我看好你 我还是倾向于在续流二极管端并联,这样变压器次级匝数可以很少,续流电感也可以很小(D很大)。

前几天,本来是打算做交错式的,但是有想了一哈

交错式输出整流管耐压和电流和单端的正激是一样的,现在却多了一个管子,,,,,

变压器输出次级电流强度也木有减小痛损还是那样,,,,

原边,管子多了,就0.5*C*U*U*F而言,,是不是也加大了一倍?

成本上,pcb布线,,,感觉有点划不来

一般的正激,rcd,三绕组复位的是工作在第一象限吧?

这样还得考虑磁芯B值的利用率,据说在木有磨磁芯的初始B值不是0开始的,,,,

但是磨了磁芯电感量会变小,复位时需要消耗更大的能量,,多少值是比较科学的?好像也木有个标准,,,就不好说了

关于三绕组的绕制,就我实际经验来说,一次把三绕组绕在了初次级中间,我想那样耦合会好一点?

结果是电源热了以后,变压器莫名的叫声,,,,折腾了许久,,发现原来就是那个三绕组的位置问题,,,改成最里面就好了,,,

绕后绕在最里面以后,新的问题来了,,复位二极管her208,耐压1kv的都被干掉了,,,,示波器观察二极管震荡比较明显,,

在三绕组对mos的D级假如一个电容震荡明显变小,,

正激式变压器工作与第一象限 这是我当初的笔误 在这里修改过来 谢谢楼主的提醒 不过 三绕组去磁绕组的工艺确实不是很明白 因为没有真正实践过 如果楼主有经验 能否详细的讲一讲 谢谢 楼主,双线并绕而且反向这个问题,你注意一下脚位,比如说一根线2到3,另一根3到4,你一根线接2,一根接3,然后并在一起绕,到最后2脚起饶的3脚结束,3脚起饶的4脚结束就可以了。 其实单端正激不太适合220vac输入的,mos最大电压应力Vms=2.6Vdc,220Vac*1.2*1.414=373V,这个电压是非常高的,虽然现在有的MOS管可以做电压耐压很高,但整机可靠性不够双端正激好。至于为什么不超过200W,以前很多人也是因为MOS耐压不够有很大原因吧。但现在技术提高了。 比如单电压,200到300w的样子,做单管正激还是不错的选择,可靠性比nnnn多家公司做的半桥性能好多了 越来越有料了 赞! 书接上回 今天的画话题是单端正激式变压器的计算 确定好电源的拓扑结构 定好电源的工作频率之后 就到变压器计算了 变压器的计算 我觉得不是一大堆生疏的公式套用 对于很多初学者来说 这样难度很大 我觉得变压器的学习是一个循序渐进的过程 不能心急 首先我们要有直观的认识 熟悉变压器的组成 如果可能 在学习变压器的设计过程中 自己一定要亲自绕制几个 我仅仅以高频变压器举例 开关电源变压器大致由骨架 磁芯 漆包线 绝缘胶带组成 这是直观的了解 接着我们来谈谈电子变压器的电气特性 包括磁导率 饱和磁通密度 剩余磁通密度 矫顽力 磁心损耗 居里温度 电阻率等 我查找了几本开关电源书籍及TDK磁芯材料技术手册 归纳出来的电气参数 我上传几种磁芯材质的近照

非晶磁性

E型磁芯

PQ型磁芯

上述讲到的电气参数 其实就是磁芯材质的电气参数 很多初学开关电源的朋友看到磁芯材质这么多电气参数 可能立马头就大了 我教大家一个方法 大家不要拘泥于磁芯材料的电气参数 这些参数只是供你参考而已 看一遍基本就行了 如今磁性材料成分的配比以及烧结工艺都很成熟 你大可不必把时间花在这些参数上 话说回来 为了便于大家理解 可以从另一个角度来思考 把磁性材料当作一种新的物质 作为人类的我们需要了解它 会怎么做呢 那当然是从物理学的角度下手了 测量这种物质的电特性 磁特性 温度特性 力学特性等等 在测试时把发现的规律记录下来 就是上述的诸多电气特性的总和 对于磁性材质的电气特性 我们就讲到这里 磁芯的电气特性讲好了 下一步就是漆包线的电气特性 漆包线 其实就是铜线裹了一层绝缘漆而已 这是漆包线的直观描述 对于变压器中漆包线的电气描述 大致需要考虑的参数 第一是绕制方向 这就是开关电源变压器所谓同名端异名端的由来 接着当然是大家都熟悉的匝数比的关系 在其次当然是漆包线横截面积 这个参数主要影响电流密度 谈到电流密度 我们不得不提开关电源变压器中一个很重要的物理学规律 那就是趋肤效应(具体的解释大家可以百度) 引入这一物理学规律 大家应该就明白为什么很多变压器线圈采用多股漆包线绕制了 漆包线的电气参数大致就这些 漆包线近照

漆包线

漆包线讲解完成 接着就是骨架的讲解了 骨架大致可以分为卧式和立式 骨架大致由绕线槽 磁芯孔 针脚 过线槽 挡墙等组成 上近照

立式变压器骨架

卧式变压器骨架

今天介绍了电子变压器的各项电气参数 下回我们就要真正开始电子变压器的计算了 欲知后事如何 且听下回分解 坐等

楼主的干货实在不错啊,等下回分解中...

楼主加油,收藏了慢慢看 赶上机会了,希望能一鼓作气,造福一方学生。希望能在驱动、变压器计算、BUCK计算、辅助供电、反馈环路等用简洁实例整一下,效果最佳。目前用此结构的LED行业400W需求最旺盛,交流输入,24V16.7A恒压输出。

顶呀,这么巧,我也在弄双管,才画的板

zhuban

xiaob

老兄,资料能发一份做参考么,2251417979@qq.com 我比较看好楼主的直接并联,你需要的每一个步骤,相信楼主都会具体的讲解 我也希望资料能发一份做参考! 我也希望资料能发一份做参考!891912071@qq。com 今天继续 为了把正激式电源变压器的计算梳理清楚 特意花时间把家里的基本书籍都翻了一遍 书接上回 我们继续 首先单端正激式变压器工作与B-H曲线的第一象限 这个是首先要强调的一点

单端正激式变压器B-H曲线

查找了大量书籍 总结高频变压器的计算方法大致包括两类 一类是面积乘积法 俗称AP法 另一类是几何参数法 俗称KG法 在张占松老师写的<开关电源的原理与设计>中 这两种方法都讲解到了 讲解的都比较详细 在<变压器与电感器设计手册>中 讲解了几何参数法 该书中 使用该方法的计算写的很详细 我 仔细推敲过 感觉计算比较精准 不过 因为国内的磁材特性,骨架尺寸误差以及漆包线规格与国外有偏差 可能计算相对误差稍大一点 在实际工程中没有验证 如果有同仁验证过 望补充 在<电子变压器手册>一书中 单端正激式高频变压器计算采用的是AP法 <精通开关电源设计>一书中针对单端正激式开关变压器采用的是AP法 同时刘胜利老师在该例子中采用的同样是AP计算方法 本人在设计过的电源中 基本验证了AP法在实际工程中的应用还是比较准确的 所以 在该例子中 我决定同样采用AP法计算 计算过程中公式的应用只是我个人的理解与经验的结合 如果有错误或者是疏漏 望大家及时的指出来 计算高频变压器 大致分为六个步骤 第一步: 计算变压器的视在功率 根据视在功率选择磁芯材料 主要通过查找磁材规格手册获得磁材的特性参数 第二步: 确定磁芯截面尺寸AP,根据AP值选择磁芯尺寸 第三步 计算原副边匝数 第四步 根据电流密度和原副边有效值电流求线径 第五步 计算铜损和铁损是否满足要求 也就是允许损耗和温升 第六步 校准计算参数 避免磁饱和现象发生 单端正激式变压器的计算步骤大致为上述步骤 我参考了刘胜利老师的计算步骤 张占松老师书籍中介绍的计算方法 以及电子变压器手册中的计算步骤 第一步: 计算变压器的视在功率 根据视在功率选择磁芯材料 主要通过查找磁材规格手册获得磁材的特性参数 初步采用磁芯为EE型磁性 视在功率Pt=Po*(1/η+√2) 其中η为变压器的传输效率 我定为90% 电源的输出电压为±100V 输出电流为1A 则输出功率Po=200W 计算视在功率Pt=200*(1/0.9+1.414)=274W 该公式取自张占松老师的<开关电源的原理与设计>中 近照图

视在功率与电路结构

视在功率计算

今天讲完了变压器计算的第一步 为了查找公式的出处 翻了N本书籍 下一步就是根据视在功率确定磁芯尺寸 这一步 我准备继续努力查早资料 小心求证 呵呵 今天就先到这里 累了 休息休息 搞的有点复杂,感觉是要做菜却从养猪讲起 这篇帖子 刚开始准备写的简单一点 但是 这样对于后学者来说 没有多少帮助 由于《我是工程师》这个活动周期比较长 另外就是想提高自己的技术能力 所以我讲的比较详细了一点 主要是晚上抽业余时间整理发帖 希望大家多多支持 有错误或者是讲的模棱两可的地方 希望群主能及时指出来 顶一个 额 不管是简单版还是详细的讲解,都把自己的知识做了总结记录,对自己及后来者都是一个学习提高的过程! 从头看到尾,还没过瘾呢~~这是个成长的过程,真的对后来者很重要呢。 赞一个 赞一个 支持你,顶!d=====( ̄▽ ̄*)一个 我觉得讲得可以,如果不这样讲,应用工程师,就是知其然,不知其所以然。 学习,准备入坑 书接上回 视在功率算出来后 接着就是查找磁芯尺寸与功率对照表 采用EE型磁芯 视在功率Pt为274W 工作频率暂定为100KHZ 需采用磁芯型号为EE42/42/15 其中第一个42是磁芯长度 第二个42是厚度 15是中心宽度 查找磁芯参数手册 以TDK的磁芯手册为例 单位为(mm^2)

TDK-EE型磁芯参数表

其中Ae= 178mm^2 Aw=275mm^2 则Ap=(Pt*10^6)/(2*η*f*Bm*δ*Km*Kc) 其中Bm为磁芯工作磁感应强度 单位G δ为线圈导线电流密度 通常取δ=2-3(A/mm^2) η为变压器效率 通常取0.8-0.9 Km为窗口填充系数 一般取0.2-0.4 Kc为磁芯填充系数 对于铁氧体 取Kc=1 计算得 Ap=0.74cm^4

AP法的计算方法 我还是小心求证 最后 我自己也糊涂了 在不同的作者写的书籍中 公式竟然都不一样

首先是张占松老师的计算公式

张占松AP法

接着是刘胜利老师的书籍的AP法

刘胜利Ap法

接着是赵修科老师的AP法

赵修科老师Ap法

上述几个老师的AP法 我采用的是刘胜利老师的公式 我自己验证过 不过 我一直有一个疑问 就是AP=AW*AE=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c) 查找手册获知AW和AE的参数 为什么不直接用AW*AE 却使用(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c)公式计算呢 查找了很多资料 大致意思是AW*AE是用于估算所选变压器的功率容量 乘积越大越好 至于好在哪里 都是一带而过 不知道大家能不能指点指点

另外需要补充一点 在今天的讲解中 我花的时间比较多的另一个参数是Ae参数 也就是磁芯有效截面积 我想了解一下什么是Ae

在变压器实物中 具体指哪一部分 张占松老师书籍中提到了一下

张占松AP示意图

Ae具体指变压器哪一部分 写的比较详细的是<变压器与电感器设计>一书中 大家可以翻阅 不过Ae在该书中采用Ac表示 大家需要注意

虽然这项参数在技术手册中可以直接获得 但是我想了解一下如何计算 于是 又将身边的书籍翻了一遍 竟然只有<电子变压器手册>这本书中提及了 其余书籍竟然都没有提及 后来查阅网络找到一篇文档 有详细的计算公式 上传供大家参考 磁性零件有效参数计算.pdf 今天就讲到这里 此时我已经花了差不多3个多小时查找该计算公式 呵呵 高手们看到我的困惑 如果有理论比较牛的 并且已经实物论证过的 不妨指导指导 你理解错了,AP=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c)是我们计算出来的估值,AP=AW*AE是查表出来的AP值,然后我们要用我们估算的值与查表的值对比选磁芯,而且你的公式太复杂了,至于对不对,我就没认证过,这些公式都是专家的经验公式,所以每个人都不一样,看的书多了也是糊涂,最好是验证一个公式好用就一直用,不要朝三暮四的 该公式AP=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c)是采用的刘胜利老师书籍中的公式 我已经验证过 是没有问题的 上文中我已经说明 我这样写 主要是为了供大家参考 如果大家针对其他老师的公式验证过的 那不就多了一种选择吗 另外 Ap=Aw*Ae这个计算值与上文中AP=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c)计算值进行对比 前者大于后者则可以使用该磁芯 不过 由于很多书籍都是直接写Ap=Aw*Ae=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c) 这样初学者容易理解有偏差 应该改为(Ap估算值=Aw*Ae)>(Ap实际值=(Pt*10^6)/(2*η*f*B^m*δ*K^m*K^c)) 则该磁芯可以选择 会比较好一点 楼主觉得呢 确实是,我做电源快十年了,也是懂马马虎虎,客人 要的电源效率都还是达到小功率反激80%大功率90%以上(500-2000半桥和全桥)反修很少。 昨晚刚开始准备继续讲解变压器设计第三步:计算原副边匝数 后来 感觉这段时间一直忙着学习 没有怎么陪陪老婆以及父母 于是和家人聊了很长时间 呵呵 今晚继续更新 大家的提问以及质疑声是我前行的动力 吼吼 今天继续 第三步:计算原副边匝数 首先确定工作频率 目前工作频率定为100KHz 则工作周期T=1/(100*1000)Hz=0.00001s=10us 取最大导通时间Ton=5us=5*10^-6s(通常Ton定为0.4T) Np=((Vin*Ton)/(Ae*Bw)) *10^8 Np为原边匝数 Vin为原边最小直流输入电压 Ton为功率管导通时间 Ae为磁芯有效截面积 单位cm^2 Bw为工作磁通密度 单位Gs 假设交流输入电压为85V-265V 取最低输入电压85V 经过整流滤波后 直流输入电压Vin=85*1.414=121V 由查表得Ae=178mm^2=1.78cm^2 Bw=(0.5-0.7)∆B ∆B=Bs-Br=(450-65)mT=385mT=3850Gs(Bs与Br参数取自65℃) 则Bw=0.5*3850=1925Gs 这里需要解释一下上述参数 Bw为工作磁通密度 ∆B为变化磁通密度 Bs为饱和磁通密度 Br为剩余磁通密度 上述Bs与Br的磁通特性取自与TDK公司的PC40磁材的磁通特性 估计该高频变压器温升为60至70摄氏度 所以上述磁通特性的测试温度65℃

TDK磁材特性

计算Np= 18匝 这是我的计算值 不过 这里出了问题 我现在计算的Np与我实际的匝数有偏差 而且偏差还不小 我翻阅了很多手边的书籍 发现一个问题 就是 Bw这个参数 所有的书上取得都比较保守 <开关电源设计>一书中Bw取得1600G 刘胜利老师<现代高频开关电源实用技术>一书中取得是1500G 在<变压器与电感器设计>一书中 取得是1000G 大师们都取得比较保守 再加上我计算的匝数与实际值偏差太大 我重新将Bw设定为1200G 则Np=28T 该计算值与实际参数相差4圈 感觉相对这一次的计算值还是比较符合实际的

我把几位作者的计算公式贴上来 供大家参考

首先是张占松老师的计算法

张占松NP计算法

刘胜利老师的计算法

刘胜利NP计算法

开关电源设计一书中的计算法

开关电源设计NP计算法

变压器与电感器设计一书中计算法

变压器与电感器设计NP计算法

上述计算公式 真正需要注意的有三个方面 第一是单位 虽然不同作者的公式貌似偏差很大 其实有一些是参数单位的使用不同导致的 其次是输入电压的取值 需要取最低输入直流电压 最后就工作磁通密度的取值 这里我一直有疑问 不知道有没有人能解释一下 谢谢 今天就将这里 我们再会 吼吼 一看时间 擦擦 都已经10点40了 洗洗睡觉之前 给大家看看我查找资料,论证公式的书桌

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有几本书很眼熟~ 今天继续 接着就是计算次级线圈匝数 根据公式Vo={(Vdc-1)*(Ns/Np)-Vd}*((Ton*0.8)/T) 这里Vo为次级输出电压 Vdc为初级整流之后的最小直流电压 Ns为次级匝数 Np为初级匝数 Vd为整流二极管的导通电压 Ton为最大导通时间 T为工作周期 因为输出为±100V Vdc=121V Np= 28T Vd=0.3V Ton=5us T=10us 则Vo(+100V)={(121-1)*(Ns/Np)-Vd}*((5*0.8)/10) 推出Ns=58T 同样次级-100V匝数为58T 不过与次级+100V输出方向相反即可 该公式取自<开关电源设计>第二版

开关电源设计次级计算公式

开关电源设计次级示意图

次级的匝数已经计算出来 按照我一贯的风格 那就是必须要对比几家的计算公式 有何差别

接着次级的计算公式来自于<精通开关电源设计>一书 该方法理解比较容易 而且是常规的计算方法

精通开关电源设计次级计算方法

接着该公式取自张兴柱老师<开关电源功率变换器拓扑与设计>一书 他计算次级的方法和我计算初级的方法其实是一样的

不过 他是先计算次级 再计算初级的 计算公式其实大同小异 呵呵 供大家参考

张兴柱次级计算方法

接下来的次级计算方法取自<电子变压器设计手册> 该公式的计算方法和上述几种计算方法其实都是一样的 不过为了工大家参考 我也把它贴出来

它是根据初级推出次级的

电子变压器手册次级计算方法1

电子变压器手册次级计算方法2

接下来该公式取自<变压器与电感器设计>(第三版) 该公式和上面的公式几乎是一样的

给大家瞧瞧

变压器与电感器设计NS计算法1

大家可以对比一下该公式和上述几种公式 看看是否是大同小异

最后该公式取自张占松老师的<开关电源的原理与设计>一书 该公式的计算相对考虑的参数多了一点 供大家参考

开关电源的原理与设计次级计算方法1

开关电源的原理与设计次级计算方法2

变压器次级的计算公式 第一个我已经验证过 没有什么问题 后面的公式贴出来给大家目的有三个 一个是供大家参考 第二个也是为了将不同作者的计算公式进行对比找出差异 第三个当然是为了考证 看看有没有哪个作者的书籍有水分 呵呵 手边开关电源的书籍有很多 第一次如此详细的针对每一个计算公式进行求证 工作量比较大 不过乐在其中 希望对后来者有所帮助 同时 有网友提议整理成PDF的版本 方便阅读 我准备将该电源项目讲解完成后 整理成PDF的文档供大家参考学习 下一步是根据电流密度和原副边有效值电流求线径 准备先梳理梳理 过几天将该计算方法贴出来 供大家参考学习 我自己其实准备等该正激式电源讲解好后 再将半桥和全桥的计算方法贴出来 目前做的是电镀电源 这玩意都是大功率电源 真正用的多的拓扑结构其实是半桥和全桥 后续准备重开一贴把半桥和全桥的计算方法梳理梳理

书接上回 今天需要做的事情是根据电流密度和原副边有效值电流求线径 目前查找了几本书 感觉真正讲的清楚而且公式比较简单同时得到验证的是<变压器与电感器设计手册>(第三版)一书 首先是计算次级电流有效值Is=Io/(√2) 因为输出电流为1A 则次级电流有效值Is=1/1.414=0.71A 初级电流Ip=Is/(Np/Ns)=0.71/(28/58) =1.42A 接着计算初级和次级导线裸面积Awp=Ip/2=1.42/2=0.71(mm^2) Aws=Is/J(cm^2)=0.71/2=0.355(mm^2) 最后计算初级和次级需要导线的股数NPs和NSs 初级选择线径为0.630mm的线径 查表得该型号导线的截面积为0.3117mm^2 则NPs=Awp/0.3117=0.71/0.3117=2.27 初级采用该型号线三股并绕 次级这里选择线径为0.425mm的导线 查表得该规格的导线的截面积为0.1419mm^2 则NSs=Aws/0.1419=2.5 次级采用三股线绕制

这里需要补充一下电流密度的取值 该电流密度的取值是一个经验值 电源变压器电流密度取2至4(A/mm^2) 因为电源变压器长时间工作 同时考虑趋肤效应 所以电流密度取小一些 音频变压器电流密度取4-5((A/mm^2)) 如果电源本身散热条件比较差或者工作环境本身温度较高 漆包线的电流密度应取的比较保守一点 通常取1.8至2A/mm^2(线径) 如果变压器连续工作负载电流基本不变 但本身散热条件较好 再加上环境温度又不高 这样的变压器电流密度可以取2.5至3A/mm^2(线径) 若变压器工作电流只有最大工作电流的1/2 这样的漆包线取电流密度3至3.5A/mm^2(线径) 音频变压器因为不需要长时间工作 所以漆包线电流密度可取3.5至4A/mm^2(线径) 这种电流密度的取值既可保证质量又可大大降低变压器成本

老规矩 我将引用的公式出处贴出来供大家参考

首先上述我采用的计算公式是取自<变压器与电感器设计>(第三版)一书

变压器与电感器设计初级计算1

变压器与电感器设计次级计算1

接下来该公式取自张兴柱老师写的那本<开关电源功率变换器拓扑与设计> 该公式理解比较简单 和上述计算公式大同小异

张兴柱

常用铜漆包线规格及参数表.pdf这是我使用的漆包线规格书 上传给大家供大家参考使用 该规格书比较老 不过我感觉还是比较实用的 今天的讲解就到这里 吼吼 话说这会又已经快十点多了 由于白天上班比较累 调试电源 调试软件 绕制变压器 晚上吃过饭 整理完这些东西 已经有点头昏眼花的了 希望大家能多多支持 你们的指正以及质疑 包括心得体会是我前行的动力 努力 坚持 今天继续 今天需要讲解的是第五步 计算铜损和铁损是否满足要求 也就是允许损耗和温升 把手头上开关电源的书籍都翻了一遍 感觉真正写的好的通俗易懂的关于损耗的计算的书籍还是<变压器与电感器设计手册>(第三版) 计算方法如下 首先是根据变压器使用的铜线规格 查找漆包线规格书 得到直流电阻标称值 初级使用的漆包线规格为0.630mm线径 次级使用的漆包线规格为0.425mm 接着计算初级绕组每厘米微欧数 查表得初级直流电阻为54.84Ω/km 转换为每厘米微欧数等于548.4uΩ/cm 根据公式Rp1=(每厘米微欧数)/Nsp=548.4/3=182.8 其中Rp1为初级每厘米微欧数 Nsp为初级绕组导线股数 初级绕组电阻Rp总=MLT*Np*Rp1*10^--6=3*28*182.8*10^--6=0.0154Ω 其中MLT为平均匝长(单位cm) 最后计算初级绕组铜损 Pp=Iprms^2*Rp总(W)=1.42^2*0.0154=0.0311W 其中Iprms为初级电流有效值 同理计算次级绕组铜损为Ps=0.0699W

这里把所查资料贴出来

首先是漆包线规格书

标称单位

初级线径初级规格书

次级线径次级漆包线

接着是MLT的计算方法 也就是平均匝长的计算 计算方法为测量选定磁芯骨架尺寸 绕组最里面一层一匝长度与最外面一层一匝长度的差值再取平均值就可以了 方法如下 所选磁芯型号为PC40EE42/42/15-Z 配套的骨架为

骨架

尺寸

查表得E和D的尺寸分别为29.5mm及11.95mm 则最外层匝长为πE=3.14*29.5=92.63mm 最内层匝长为3.14*11.95=37.523mm 则MLT=(92.63-37.523)/2=27.6mm 因为MLT通常取得是近似值 则取30mm=3cm

<变压器与电感器设计手册>(第三版)计算公式如下 因为以前 我基本没有怎么算过铜损和铁损 只是通过自己的实践 如果变压器不发烫或者温度不高于70℃ 我就认为变压器是合格的 所以上述公式没有验证过 有验证过的兄弟 可以说一说 上图

公式1

公式2

公式3

公式4

张占松老师的书籍中也提到了铜损的计算 把他的计算方法贴出来供大家参考

张占松公式

张兴柱老师的书籍中关于铜损铁损的计算只是提了一下 告诉我们一个思路 贴出来

张兴柱

<电子变压器手册>中也提到如何计算铜损和铁损 因为感觉他的公式比较复杂 所以最开始没有采用他的公式 贴出来供大家参考

电子变压器手册1

电子变压器手册2

在<精通开关电源设计>(第一版)一书中也讲到了铜损和铁损的计算 不过感觉比较复杂 不直观 所以没有采用 如果大家有兴趣 可以查看一下 因为版面比较大 就不截图了 页码为P116页

赵修科老师的书籍(实用电源手册--磁性元器件分册)中也讲解到了温升和损耗的问题 手边有纸质版的书籍 电子版的书籍 找了几本 发现都不全 所以没有办法截图给大家参考 把页码贴出来给大家P103

今天的讲解就到此为止 在上述的计算公式中 我没有使用<精通开关电源设计>一书中趋肤深度等参数 主要是为了方便大家理解 我不想采用太过复杂的计算公式 但是 高频开关电源变压器的设计中 需要考虑趋肤效应和邻近效应 这两个概念在这里我就不讲了 大家百度一下 看看到底是什么意思 每次验证开关电源的计算公式时 就感觉时间好快 不知不觉坐在书桌前又三个小时了 明天的任务是计算铁损 需要好好准备准备 把资料查的充足一点 菜鸟们大虾们 我们明天见

顶正了再看

学习学习大师经验

这个整流的图能用么?

楼主提的是 呵呵 我只顾着讲解 上述最下面那个管子应该去掉 擦擦 《开关电源设计》这本书竟然也有这么低级的错误 擦擦 我疏忽了 谢谢楼主的提醒 谢谢 同时也很感谢楼主这么有耐心去看我的帖子 谢谢 后续如果发现有其他问题 希望能及时指出来 谢谢

Z

书接上回 今天需要计算的是铁芯损耗 为了查找可靠的计算公式 花了一点时间取找公式并对比验证 目前计算铁损公式采用的张占松老师书籍中的公式 Pfe=Pv*Ve 其中Pfe为铁芯损耗 单位为W Pv为单位铁损 单位(W/cm^3) Ve为铁芯损耗 单位(cm^3) 在真正计算之前 先给大家补充一下概念 什么叫做铁损 在张占松老师的书籍中 解释为在选定磁感应强度下单位体积的铁损与铁芯体积的乘积 有了这个概念 则上述铁损的计算公式就好理解了 在我设计的这个项目中 磁材选择为PC40 变化的磁通量取值为∆B=0.12至0.385T 取∆B为0.2T 工作频率为100KHz 查找技术手册(参考TDK的磁芯手册) 得单位体积铁损为120kW/m^3=0.12W/cm^3 磁芯型号为EE42/42/15 该铁芯的体积Ve为17400mm^3=17.4cm^3 将上述数据带入公式 计算铁损Pfe=0.12*17.4= 2.088W 查磁芯手册得知 该磁芯能承受的最大铁损为8W 所以该磁芯工作铁损没有超过其最大承受范围 完全能够正常工作

现将查找的磁芯参数贴上来 供大家使用

首先的单位铁损曲线 工作频率为100KHz 变化磁通为0.2T左右 则单位磁损的取值在表格中大家可以获取 该值是一个大概值 并不要求精确 我取120kW/m^3

磁损曲线

接着是磁芯的尺寸以及电气参数

1

2

3

4

我使用的磁芯参数是TDK的技术手册 大家按照我上述的查找参数计算一下 看看我计算的有没有问题

老套路 我将引用的公式贴出来 该公式出自张占松老师的<开关电源的原理与设计>一书

5

磁芯损耗的计算查找了手边的书籍 发现好几本都是一带而过 真正讲解出来除了张占松老师的书籍外 还有就是<变压器与电感器设计手册>(第三版)一书 以及<电子变压器手册>一书 不过 <变压器与电感器设计>一书中的公式 有一个参数的来源不明 所以没有采用 另一个是<电子变压器手册>一书中 有一个参数 我不知道怎么获得 所以也没有采用 不多说了 我把它都贴出来 让广大的网友看看 能不能补充完善一下

<变压器与电感器设计手册>(第三版)

变压器与电感器1

<电子变压器手册>

电子1

太敬业了

你好,你的那些书看着很面熟,我现在也是看过很多类似的书,也碰到跟你一样的问题,不过我现在总结出用不同的公式来算变压器,结果出入不大。有时间可以加QQ详聊。

学习了。我看到正激的双管和反激的双管原端电路基本相同,但不知道控制上有没有区别? 原边电感量怎么设计,和那些因素有关,,,,, 一步一步的走 兄弟 别急 我也是晚上抽空边学习理论边完善计算方法 一起努力

原边电感量,关系到原边的激励电流,激励电流在和(mos结电容,变压器初级匝见电容,次级整流管吸收电容作用)

如果激励电流太小可能不能复位,具体的公式,电感量和c和f和d的关系书上写了的,具体那一本我忘了

记得以前算过一个简单的,100k频率0.5占空比,200v电压,100pf电容情况下,电感量不能大于15mh

《磁芯尺寸与功率对照表》这个文档能传一下吗?谢谢

楼主 上传给你

磁芯资料.rar

第一步的视在功率算错了,下面的结果还能正确吗? Pt=Po*(1/η+√2) 视在功率Pt=200*(1/0.9+1.414)=274W 这个怎么算的274??? 我算是明白了,先把结果填上前面内容随意……这就是高人 200/0.73到有点像…… 计算视在功率Pt=200*(1/0.9+1.414)=274W, 老师,这一步是否算错了,怎么我算出来是505W? 274W是怎么算出来的?没看明白 您好,您这个视在功率是不是算错了,我算出来不是274,还是我漏了什么东西 是我算错了,这个帖子是我去年初发的,如果想学习变压器的设计,你可以参考我写的单管及双管反激电源设计,那个帖子中我纠正过来了,而且常规的变压器计算我都贴出来了,希望对你有帮助. 版主:你的实在功率怎么计算得274W呢?200*(1.1111+1.414)=200*2.525=505W 视在功率是我计算错误,朋友 是我算错了,这个帖子是我去年初发的,如果想学习变压器的设计,你可以参考我写的单管及双管反激电源设计,那个帖子中我纠正过来了,而且常规的变压器计算我都贴出来了,希望对你有帮助. 看来也是有技术故事的人呢~~ 嘛时候来分享一下哇~ 你QQ多少,像你学习下。

大师同志!你写的东东很适合我们这些小菜鸟较好的理解,!但是滚动屏幕看很不舒服,看了上面都要看下面,看了下面又要返回来上面,很辛苦呀,有木有完整文档呀?3Q!

粉丝想用最舒服的方式看帖子了~

就系啦

因为这个是我经常更新的内容 现在暂时没有PDF版本 等写完了 可以有PDF版本的 推荐看《开关电源入门》这本书 写的很基础

灰常感谢!今天看了一下午,感觉收获了好多!3q 亲!

支持一下。 好东西!期待续集!

我不会算变压器!谁教教我?

受益,非常感谢楼主的分享! 等高频变压器这部分讲解完成后 我准备先把变压器的设计整理成PDF的形式贴出来 供大家参考 主要是因为帖子开的太长了 有网友觉得这样不方便阅读 所以 我准备先把变压器计算这一块计算方法整理出来 后续的电源管理芯片 功率管讲解等准备另开一贴继续讲解 变压器的计算部分 在铜损和铁损部分因为以前没有真正计算过 所以没有真正验证过 可能在公式的选取以及计算上会有出入 大家看到错误请及时指正 还是那句话 你们的质疑声 呼喊声乃至心得体会是我前行的动力 吼吼

明天休息 所以今晚准备自己加点班 再多写一点 继续 接着是根据变压器的损耗计算温升 首先计算变压器总损耗Pz=Pcu+Pfe=Pp+Ps+Pfe 其中Pz为变压器总损耗 Pp为初级铜损 Ps为次级铜损 Pfe为铁损 由上文可知 Pp为0.0311W Ps为0.0699W Pfe为2.088W 则Pz=2.189W 变压器这最后一步确实有点拦住我了 查了很多的资料 基本都没有把计算的方法说的透彻 计算的方法虽然贴出来了 但是计算中使用的参数却不知道是怎么来的 后来 只好用最原始的办法 查找TDK的技术手册 针对我使用的磁芯型号查找它的工作温升来确定 问题才得以解决 先将查找获得数据贴出来

磁芯参数1

磁芯参数2

针对上图解释一下 上文中第一幅图 主要是讲解了我所采用的磁芯的机械尺寸以及电磁特性 第二幅图才是重点 因为我计算出来的总损耗为2.189W 在第二幅图中 大家可以看到 当总损耗为3W时 变压器的变化温升不过才40℃ 远小于我自己定义的变压器极限工作温升65~70℃ 所以总损耗的温升完全可以满足我变压器的正常工作温升范围

下面我将几本书中讲解到的关于变压器温升的计算方法贴出来 供大家参考

首先是<开关电源的原理与设计>一书

温升1

其次是<变压器与电感器设计手册>中的计算公式

温升2

最后是<电子变压器手册>一书中的计算公式以及提到的温升参数表

温升3

温升4

第六步关于参数校准 其实主要是针对初次级匝数的计算的校准 因为初级计算完成后 根据初级计算次级 可能次级计算下来不是整数 需要重新根据次级的计算值再计算一下初级 使初级匝数也为整数 在上文中关于初次级的计算中 我已经讲解到了 关于该参数的校准 在<开关电源的原理与设计>一书中 讲解的比较详细 我贴出来给大家看看

匝数比校准1

匝数校准2

匝数校准3

匝数校准4

至此 单端双管正激式开关电源变压器的计算已经结束 下一步我会按照我最开始的计划 讲解电源管理芯片TL494 在讲解TL494之前 我会把高频变压器的讲解整理为PDF文档供大家参考学习 今天就到这里吧 准备休整几天 把乐工的数控电源好好梳理梳理 等休整结束了 我准备给大家讲解TL494的原理以及使用方法 吼吼 努力 奋斗 今天在整理PDF时 发现有一些问题 在文章中已经纠正过来了 后续 我还会继续查找资料 继续完善我的变压器设计计算方法 昨天在家针对我这篇帖子 又查找了一些技术文档 发现有一些不完善的地方 后面我会补上 希望大家多多支持 强烈支持 !! 360个赞 谢谢诸位 PDF版传给大家 楼上我已经传过一份 这里在上传一份 等这个系列讲好 会整理成完全版给大家共享我是工程师-单端正激式变压器设计.pdf 楼主,请问一下,2842做的机子,不装机壳(不共地)时,满载dc80v就能启动,装上机壳,满载需要dc100v才能启动,我的满载输出为48V 1a 和12v 0.5a,不装机壳噪声很大,但是装上以后,启动电压升了好多 你的机壳接地吗,我做过一款船舶电源,也遇到过类似的问题,原因是地基准变了,你看看会不会是这个问题. 地基准变了,能具体说下什么意思么 严谨风~大赞! 好贴

手上不是很忙,补充一些变压器的知识点给大家。

今天想补充的知识点是磁饱和这一知识点。何谓磁饱和,该现象是磁性材料特有的物理规律之一。大多数情况下,我们希望磁芯中的磁通量随着激磁电流的增加而呈正比线性增加,但实际上磁芯中的磁通密度达到一定值时不会再继续增加或者增加非常缓慢,这时我们说磁芯饱和。磁芯饱和的实质其实是由于励磁电流过大,超出了磁芯中能够存储的最大磁通量。

当磁芯饱和后,继续增加的励磁电流不能通过磁芯转为磁能,而是将电能转化为热能消耗在回路中。磁元件一旦发生磁饱和后,磁通量不再变化。此时以磁芯为中心形成恒定的匀强磁场,磁元件上的线圈立刻失去电感、电抗(处于恒定磁场中的导体失去阻抗作用,电流无穷大)作用。失去电感和电抗的线圈阻值趋于零。此时即使线圈两端电压不高,线圈中的流过的电流也会立马趋于无穷大。线圈本身具有的寄生电阻立马便将电流转化为热能导致线圈瞬间烧毁。

磁饱和产生后,在有些场合是有害的,在有些场合是有益的。对于磁饱和稳压器,就是利用铁心的磁饱和特性达到稳定电压的目的,在这种应用场合,磁饱和是有益的。

对于电源用线性变压器,当铁芯发生磁饱和时,空载电流急剧增加,原副边变比关系破坏,涡流损耗急剧增加,变压器温升急剧上升,如果磁饱和现象时间不长,会导致变压器传输效率大大降低,如果时间过长,变压器直接烧毁。

对于开关电源用反激式变压器来说,初次级绕组交替工作,线圈中流过很大的直流分量。当脉冲宽度调节不当时,极易引起磁芯饱和,通常采取的办法是在两磁芯之间加垫适当厚度的非磁绝缘物,往往是纸片,增加磁阻,减缓磁芯饱和速度,改善反激式开关变压器的电磁转换线性度。

下次有时间再给大家讲一讲趋肤效应,临近效应,涡流效应的原理以及校正一下AP计算法,先这样,大家看到不懂的或者觉得我讲的不到位的地方,大家尽管说.

忙活了一天, 还有一会时间要下班了,给大家讲一讲趋肤效应吧。

先讲一讲它的定义:当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流会分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,也就是说电流集中在导体的表层,越靠近导体表面,电流密度越大,而导线内部的电流较小。这种现象使导体的电阻增加,损耗功率也增加。该现象即称为趋肤效应,亦称为“集肤效应”。

随着频率的增加,导体横截面上的电流分布越来越向导体表面集中,致使导线电阻急剧增加,从而损耗急剧上升。

因此为了削弱趋肤效应,在开关电源变压器以及电感器中往往使用多股漆包线编织成束来代替同样截面积的粗漆包线,这种多股线束称为辫线,该工艺称为多股并绕工艺。

目前关于单端正激式开关电源的帖子,我已经发了三萜,希望大家能多多指点。谢谢。以下为其余帖子的链接

单端正激双管式开关电源设计之电源管理芯片TL494讲解!

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单端正激双管式开关电源设计之输出滤波器计算!

这几天会将AP法的一些计算方法再补充一些,AP法的计算在实际的变压器计算应用中还是比较广泛的 变压器使用AP法计算的修正方法,该方法取自电源网一位网友"云际".该方法主要是通过作者的经验以及变压器的分布参数等因素将AP法的理论计算方法与工程应用相结合,提炼出适用与工程计算的工程AP计算法,姑且这样称呼吧.开始步入正题,

变压器骨架与磁芯的选择,其需要考虑的因素很多,以下通过计算实例来讲解如何修正AP法:

首先用Ap法(磁芯面积乘积法)来计算变压器的AP值:AP=AW*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)

AW:core之窗口面积.(cm^2);

Ae:core有效截面积.(cm^2);

Ps:变压器传递视在功率(W)Ps=Po/η+Po(正激式);

ΔB:磁感应增量(T);

fs:变压器工作频率(HZ);

J:电流密度(A)

根据散热方式不同可取300~1000A/cm^2;

Ku:磁芯窗口系数.可取0.2-0.4.

对于上式Ap算法得到的值,跟实际使用的变压器AP值相差较远,所以被人广泛诟病。其实产生误差的根本原因是,上式基本上都是在工程应用中才有优化近似而得到的,所以有些参数是较为理想,而实际使用中很多的参数是变化的,甚至还有些分布参数在“捣乱”,所以造成了偏差,在实际使用在还要考虑到余量,所以对于计算得到的Ap值乘上一个1.5-2的系数比较合理。这里大家一定要注意计算得到的AP值需要乘1.5至2之间的一个数值,这样经过修正计算的AP值与磁芯手册上的AP值才会相近,一定要注意.

其实这里的ΔB(磁感应增量)是个比较重要的物理量,需要大家注意。ΔB表征磁芯的在电源工作时,磁感应强度的变化范围,ΔB=Bmax-Br,Bmax是最大磁感应强度,Br剩余磁感应强度。

在输入电压与工作频率不变的前提条件下,对于同一幅磁芯,ΔB取得越大,磁感应强度的变化范围越宽,磁芯的铁损越大,但所需要的匝数就越少,相应的铜损就小。选用磁芯的时候,需要选择饱和磁通密度尽量高,剩余磁通密度尽量小的磁芯,这样可以最大限度降低变压器铁损.

得到AP值之后,可能有非常多的变压器都符合需要,这是首先需要考虑结构尺寸的限制,特别是高度与宽度的限制。比如EFD30与EI28的AP值同样都是0.6cm4左右,但EFD30的高度小很多,更适合与扁平化的电源中,而EI28对于紧凑型电源则显得更重要。

其次,从降低漏感与分布电容的角度出发,应该选择骨架宽度较宽的变压器磁芯跟骨架,这样单层绕线的匝数会更多,有利于降低绕线层数,从而降低漏感与分布电容,关于漏感的问题,我们在后面再展开讨论再次,还要从通用性与经济性的角度来考虑,这是工程设计中无法回避的现实问题。当然还有安规,EMI,温升,绕法等一些问题需要考虑。

在这个环节,虽然经过大量的计算,我们已经将变压器的诸多电气参数计算出来了,但是很多时候大家会忽略变压器的机械尺寸,比如变压器的高度,宽度等.目前很多的电子产品都在往轻薄路线走,所以变压器骨架和磁芯尽量选择扁平状的.如果是对于EMI等电磁兼容要求比较严格的,建议大家尽量选择闭合型的磁芯,这样可以降低磁能往空间层辐射.

计算好匝比之后,一般会综合考虑次级整流管的电压应力,将计算的匝比调整或将匝比取整,接着我们就可以通过匝比来反推电路的真实占空比范围。

Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)

Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)

后面的就是要根据真实的占空比范围来计算,这样得到的参数才是比较合理的,接着就可以计算最大与最小的导通时间。

tonmax=Dmax/fs

tonmin=Dmin/fs

接着就能计算初级绕组的匝数了。

Np=Vin(min)×tonmax/(ΔB×Ae)

Np:初级绕组的最少匝数

Vin(min):初级绕组的最低输入直流电压

tonmax:初级MOSFET的最大导通时间

ΔB:磁感应强度的变化量,正激类电源根据散热条件,一般可以取0.2-0.3。

Ae:所选磁芯的横截面积,一般在磁芯手册上可以查到。

接下来计算次级匝数,次级匝数Ns=Np/n,当然得到的数值不一定是整数,一般都是要四舍五入取整数匝,因为小数匝在绕线的时候工艺不好控制。

此时又会带来一个问题,要想保持匝比不变,那么势必要根据四舍五入之后的次级匝数,反过来计算初级的最终匝数,否则占空比就会发生改变,Np=Ns*n。计算的NP如果不是整数的话,也需要近似的取值,当然会带来匝比与占空比的轻微变化,但由于影响较小,所以一般都不需要再次去反推占空比。

这里的讲解其实和我自己上文中的讲解计算步骤大同小异,这里的重点主要是次级匝数的取值以及根据次级匝数的取值重新计算初级匝数,这里如果大家将我上文仔细看过后,相信这里的计算不是问题.

同样的,确定最终的初级匝数之后,可以反过来推算变压器磁芯的磁感应强度变化范围,验证ΔB是否在合理的范围之内,ΔB=[Vin(min)×Dmax×Ts]/(Np×Ae)。

得到Np之后,就可以计算出复位绕组匝数Nr,并计算出励磁电流以及复位绕组的线径,考虑到MOSFET的电压应力与变压器的可靠复位,一般都是设Np=Nr,然后根据所选磁芯的AL值,计算出复位绕组的电感量Lr=AL*N^2,继而计算出复位绕组的复位电流Ir=Vin(min)×tonmax/Lr,相应的绕组线径也就能计算出来了。

接下来的工作就是计算初次级绕组的线径,有一点需要大家注意的就是,计算线径要以电流有效值来计算,而非电流峰值或平均值!

要计算初级绕组的线径,首先要计算初级的峰值电流Ip=Pi/VL=Po/(η×Dmax×Vin),然后再计算峰值电流Iprms=Ip×√D,最后在根据电流密度来计算需要的绕组线的横截面积,最后要根据频率,趋肤深度与临近效应,变压器骨架宽度跟深度等因素来计算单根线径的外径。

同理次级绕组的计算方法一样的,不同点就是用电流平均值来计算,Isrms=Io×√D,然后要考虑单根线径的值,考虑因素同上。

关于AP面积积的修正计算方法,我就补充讲解到这里,希望对大家有所帮助,其实面积积法的计算应用,个人觉得在实际的应用中还是比较普遍的,不过很多工程师在计算应用中,结合自己的经验已经总结出好的修正方法了,只是没有写出来.上述文章,我也是偶然在论坛中发现的,经过自己的整理公布出来,希望能有抛砖引玉的作用,如果有错误或者讲的不足的地方还望大家及时指正.

最后我将借鉴的文章贴出来,供大家学习,该文作者我印象中他的网名叫云际,时隔多日记得不是很清楚,如果有人看过这篇文章,希望能说一下作者的名字,谢谢.经验谈 变压器骨架及绕组线径的选择.pdf 这两天准备补充讲解一下开关电源中邻近效应 ,希望大家多多支持 按这个速度到实物调试不是要国庆去了? 其实我已经开了另外两帖 主要是讲解目前设计的电源的电感器设计以及电源管理芯片的设计 进度不算慢 要快的话建议楼主还是自己看书学习吧 我的意思,希望楼主能多把时间花在pcb和实物的调试上面,不是说楼主现在说的没用,就我经验而言,实物的调试问题点要多一些,重点要多一些,当然人气也要高一些

我讲解的东西都是有把握的,如果没有把握,我不敢讲,怕误人子弟。这款电源,我们很早以前就做出来了,而且在客户那里已经用了两年多了。如果是我自己没有做过的东西,我不会拿出来说。另外很感谢你的持续关注,我写这个系列的帖子有50%的心态是出于参加电源网的这个活动,还有50%的心态是提高自己的理论水平,这些我在前文已经说过了,不过还是很感谢楼主的关注。

如果想把电源学好,两本书足矣。一本是《开关电源设计》,一本是《变压器与电感器设计》。其他网友推荐的那些书籍,我手上都有,而且都仔细看过。有些书太偏重理论分析,计算的公式整的屡屡的,又是微分又是积分的,至于公式如何推出来的,很多都是一带而过。建议好好看看我上面的两本书籍,国内作者写的书籍只推荐张占松和蔡宣三写的那本《开关电源的原理与设计》。

我前面的帖子是基于实物来逆推计算公式的,为了每一个公式的出处,几乎是把手边的书籍都翻过一遍,原先网上推荐的书籍,当真正在用的时候,才发现水的地方太多了,有些书籍上的公式的出处真的是想到哪个就来哪个,毫无连贯性,而且公式的引用也不知道是对的还是错的,你想学开关电源,就把我的帖子详详细细地看一遍吧,有问题在互相沟通。

最近这段时间,我的儿子出生了,晚上经常睡不好,帖子的速度更新比较慢,望大家理解。另外,下一帖准备讲解开关电源的环路控制,个人觉得这一帖应该是开关电源最难的部分,同时最近也在搞四轴飞行器,越来越觉得数学以及自动控制原理两门课程的重要性,准备花时间大力恶补这两门课程。

另外也想吐槽一下,电源网举行的“我是工程师”项目,通篇看下来,真正有技术含量的帖子其实就那么几个,新月GG的环路控制,wangchuangcun写的关于反激式开关电源EMI的讲解(他只是讲了实际应用,理论的讲解几乎没有),还有就是我自己的帖子。很多时候自夸不是不行,而是需要知道自己是否真正的用了心。

今天补充讲解一下临近效应。其实临近效应和趋肤效应是一对孪生兄弟,二者的产生增加了变压器的损耗,降低了变压器的传输效应。下面讲正题。

两根导线分别通过方向相反的交流电流时,各自产生的交变磁场通过互感作用在相邻另一根导线上产生涡流。这种由相邻导线上的电流在本导线激发的涡流与本导线原有的工作电流叠加,使导体中的实际电流的分布向截面中接近相邻导线的一侧(内侧)集中,这一效应称为临近效应。邻近效应与趋肤效应在传输线中往往是孪生现象,其结果是使导体的有效电阻增加,工作衰减增大,铜损增大,温升提高。

由于磁动势最大的地方,邻近效应最明显。如果能减小最大磁动势,就能相应减小邻近效应,从而降低变压器的损耗。所以合理布置原副边绕组,就能减小最大磁动势,从而减小邻近效应的影响。如果邻近效应发生在绕组层间时,其危害性是很大的,此时涡流损耗会增大很多,严重降低变压器的电能传输效率。

相对于趋肤效应,邻近效应的危害更大。因为趋肤效应只是将导线的导电面积限制在表面的一小部分,增加了铜损,它没有改变电流的幅值,只是改变了导线表面的电流密度。但相对来看,邻近效应中的涡流是由相邻绕组层电流的可变磁场引起的,而且涡流的大小随绕组层数的增加按指数规律递增。

到目前为止,我觉得变压器的讲解应该可以告一段落了,对于高频变压器的设计计算,我觉得讲解的应该算是比较详细的。

当初我自己学习变压器的设计时,拘泥于书本上的知识不放,每天都在纠结那些参数,包括漏感,初级反射电压,气隙的调整,铜损,铁损等等,导致越往后学习,越觉得开关电源搞不定。

后来我特意辞职跑到一家变压器生产厂家去做了两个月,在那里我向公司的老工程师请教如何学习变压器的设计。他给我强调的最多的就是动手去做,如果不去做,只是死扣书本,变压器永远做不出来。只有不断的动手去做,在做的过程中了解整个变压器的生产流程,测试流程,组装工艺等,再回头看书本,才能真正体会书本上的知识。

于是在那家公司,我每天做的工作就是绕制变压器,测试变压器,组装变压器,浸漆,烘烤等工作。当干了差不多一个月时,我抽时间又回头重新拿起书本,发现书本上讲解的很多内容大部分已经能看懂了,包括变压器的各种繁琐的计算,以及各种变压器的工艺。此时才真正体会到了书上讲的知识点的味道。

那位老工程师,至今我对他都很感激,虽然他比较古板,比较严肃,但是确实是一位好的老师。个人以为老一代的工程师由于政治风波,生活习惯等综合因素导致他们的性格比较怪,但感觉他们身上独有的严谨之风以及对于工作一丝不苟的态度大有值得我们学习之处。

在这篇比较长的帖子中,有网友觉得我说话比较牛X,不太喜欢。怎么说呢,个人的说话习惯罢了。下一步准备把前面发的两份帖子在补充讲解清楚,之后开始讲解开关电源的环路控制,希望我的技术帖子能帮到大家,如果觉得我的帖子好,我将不胜荣幸。

最后再讲讲我个人的做事哲学。我个人很崇拜王阳明这位老先生。王阳明,何许人也,他是明朝历史上有数的最伟大的人物之一。他在世间行走的法宝就是知行合一四个字。知行合一,通俗的讲就是理论联系实际。空谈理论,最后只能得到一个纸上谈兵的美名罢了,对于做事却毫无益处。只会蛮干,最后只会被大家称作蛮夫。理论联系实际,通过理论来指导实践,通过实践来理解理论,这才是真理的必由之路。

在电子技术这条道路上,如果想走的长,走的远,那就多看书,多动手做项目,在实战中不断的成长。随着技术水平的提高,面包有了,牛奶有了,呵呵。我们下一讲《单端正激式开关电源设计之环路控制设计》见。

一直以为自己在开关电源技术上花了很多时间,对自己的技术还有一点信心。今天把“我是工程师”前四名作者的帖子看了一遍,感觉自己不管是动手能力还是理论基础和他们相差的太多,技术无止尽,我需要重新埋头学习实践了。 加油骚年~! 加油吧~ 个人感觉你的理论知识讲的比较到位,谢谢你的分享,支持!

单端正激不像反激,已经是真正的变压器了,功率不再受限,但大功率(2KW-15KW)就得双管正激才实用,再大就得2套复合互补,以增加输入能力,因为单端正激是半口吃电。老师说的没错,变压器要做出来试验才知道其性能。有时与书本或预算差别离奇,这个与工频变压器不同,只能按实际来了,因此机会也来了,甚至可以表现优秀的变压器为基础来设计适用的电源

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该参赛作品编号为NO.5

目前关于单端正激式开关电源的帖子,我已经发了三萜,希望大家能多多指点。谢谢。以下为其余帖子的链接

单端正激双管式开关电源设计之电源管理芯片TL494讲解!

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单端正激双管式开关电源设计之输出滤波器计算!

谢谢楼主的无私传授。我等菜鸟之福啊,虽然发现得有点晚。 学习了。。 支持占位中

楼主好,大家好,请教一下正激做多路电源,或是做正负15类电源稳压精度好吗?或者问下正激是否适合做多路输出电源?谢谢!

想学习一下 回复了帖子来看看! 后可查看该帖 学习了 学习 学习一下! 学习 学习 最近电源网举行我是工程师这个活动 回复1贴 后可查看该帖

顶起

好 学习一下

双管正激拓扑不错

新人过来学习 近期做了个正激电源,老弄不明白。。。希望你的贴对我有帮助 我看看,我学习。 每天学习下 回复1贴 后可查看该帖 版主你好,我是电源新手,谢谢你的讲解! 真实非常详细谢谢 顶起 讲解的很详细啊..........
  • 反激变换器的疑问1、反激变压器在MOS关断时,其它绕阻能量分配关系是怎样的? 由于反激变压器在MOS关断后,其内部储存能量向各绕阻输出。磁链平衡(安匝平衡):MOS开通期间,原边电流峰值Ipeak与匝数积等

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