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变压器如何发力,使反激电源达到90%效率

发布时间:2015-02-27 责任编辑:echolady

【导读】上一篇文章讲述了关于MOS管如何使反激电源达到90%的效率,本文从变压器入手,详解了变压器的设计,以及对反激电源效率的作用。本文由资深达人整理的反激电源设计经验,希望能够对大家有所帮助。

变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
 图1

如图1所示,打开PExprt,输入我们要设计的参数,先看看情况。然后调整好砸比和纹波率,看下CCM模式次级电流峰值。

变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图2
变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图3
 
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变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图4
变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图5
变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图6
变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图7
 
根据上面对算出来的变压器来看,0.5厚度的铜带都需要9层,这个变压器铜损才能确保在一个低损耗状态,整个变压器工艺难度太高,然后120A的峰值输出对次级肖特基也是残酷的考验。所以,单个变压器的方案在这个阶段已经反映出来实行难度很高了,现在判定初期阶段的方案失效,要实现这个参数,就要开始修改方案。
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现在目前准备用两种方案同步设计下:

1、双端反激式,每个变压器输出20A,同步整流。

2、双端反激式,每端初级串联,次级独立输出各10A,这个方法要评估初级串联的平衡性,肖特基输出。

下面放出两种方案的原理图。

先来看第一个方案的简易原理图,这样便于在saber中仿真评估。

变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图8
 
上面主要说的是磁芯的迟滞回线,以及方案失效原因,修改方案,现在另起新楼,开始来说说这个5V40A的变压器。

首先这个产品就是要选定一个合适的频率,频率越高,磁芯就可以选的越小,输出电容和电感也可以做小。但是随之而来的EMC问题,开关损耗等又不得不考虑。所以从90年代开始,主流开关电源都停留在几十K的频率范围,现在电源都在拼效率,寿命,功能,成本等。

既然要选频率,就得说说频率影响了电源中的什么:依然按照焦耳算法来解释。

在不考虑损耗的情况下做理论分析:

一个电源的功率W,推算出没微秒需要的传递的功率为uJ,200W的就200uJ。

对于不同频率的变压器,周期T,电感量L不同。每微秒传递的平均功率相同,占空比也设为100%相同。对于变压器传递的功率=1/2UIt。

现在建立一个几何图形:
变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图9
 
因变压器uJ=1/2UIt(1/2表达了能量是一个线性斜率增长)I=2uJ/Ut从这里可以看出来当斜率线性增长的时候电压不变,I是平均量的两倍。所以=2I(几何面积公式依然可以得的出来)。
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为了简化分析,假设占空比100%(实际电源稳态不会出现,省去占空比换算)则看出斜率如下图。

变压器如何发力,使反激电源达到90%效率
图10
 
从上图可以看出,频率越低,电流斜率越小。

从前一节仿真磁芯已经得出,斜率越陡峭,剩磁越高,实际上肌肤效应也是如此。但是这里指考虑到电流,不同频率下的变压器烧制匝数不一样,匝数一样的气隙就不一样。
根据这个公式,频率越低的需要存储的能量越多,频率较低的变压器要么加大气隙,要么改变匝数N,当改变匝数N的时候引起安匝数变化,就引起磁通量变化而需要更大的磁芯。

变压器如何发力,使反激电源达到90%效率

根据这个公式,频率越低的需要存储的能量越多,频率较低的变压器要么加大气隙,要么改变匝数N,当改变匝数N的时候引起安匝数变化,就引起磁通量变化而需要更大的磁芯。

关于频率变化引起的变化总结出两点:

1、电流斜率不同,频率低的斜率小,迟滞回线窄。
2、单次存储能量不同,频率低的需要存储更多能量,需要更大的磁芯。

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