【专题】陶显芳老教你“通透”设计开关变压器
  • 陶老师开关变压器设计宝贵经验财富大奉送
  • 依旧精神矍铄的陶老师在活动中仍然那么健谈
  • 亲面技术专家,工程师们都异常兴奋健谈、陶老师也是喜笑颜开
  • 陶显芳老师三十年电源设计经验大分享
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电子元件技术网曾邀请陶显芳老师为大家精心的准备过《开关电源原理与设计》的知识讲解,获得很多电源工程师的喜欢和称赞。 众所周知,现代电子设备对开关电源的工作效率、体积以及电磁兼容和安全要求等技术性能指标越来越高,在决定这些技术性能指标的诸多因素中,基本上都与开关变压器的技术指标有关。而开关变压器是开关电源中的关键器件,因此,更好的理解开关变压器的工作原理及各个环节的设计也是开关电源设计的一部重要的不可缺少的步骤。鉴于此,本站又为大家谋取了更大的福利,继续邀请了开关电源设计方面的专家陶显芳老师为大家详细地讲解开关变压器的诸多技术原理与各路环节的参数计算。当然如果大家还有什么不清楚的可以去本站论坛发帖求助,我们会代大家向陶老师问询答案,然后转告给大家!

单激式变压器开关电源的工作原理

变压器开关电源的最大优点是,变压器可以同时输出多组不同数值的电压,改变输出电压和输出电流很容易,只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可;另外,变压器初、次级互相隔离,不需共用同一个地。因此,变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入电源,而是输入电源与输出电源之间没有导线连接,完全是通过磁场偶合传输能量。

变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是,提高设备的绝缘强度,降低安全风险,同时还可以减轻EMI干扰,并且还容易进行功率匹配。

变压器开关电源有单激式变压器开关电源和双激式变压器开关电源之分,单激式变压器开关电源普遍应用于小功率电子设备之中,因此,单激式变压器开关电源应用非常广泛。而双激式变压器开关电源一般用于功率较大的电子设备之中,并且电路一般也要复杂一些。单激式变压器开关电源的缺点是变压器的体积比双激式变压器开关电源的激式变压器的体积大,因为单激式开关电源的变压器的磁芯只工作在磁回路曲线的单端,磁回路曲线变化的面积很小。点击阅读>>

开关变压器的工作原理及脉冲对铁芯的磁化

现代电子设备对开关电源的工作效率、体积以及电磁兼容和安全要求等技术性能指标越来越高,在决定这些技术性能指标的诸多因素中,基本上都与开关变压器的技术指标有关。开关变压器是开关电源中的关键器件,因此,在这一章中我们将非常详细地对与开关变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。

在分析开关变压器的工作原理的时候,必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁通 等概念,为此,这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场,在带电物体的周围必然会存在电场,在电场的作用下,周围的物体都会感应带电;同样在带磁物体的周围必然会存在磁场,在磁场的作用下,周围的物体也都会被感应产生磁通。

现代磁学研究表明:一切磁现象都起源于电流,即,载流子的运动。磁性材料或磁感应也不例外,铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流,亦称分子电流,这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应,所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。因此,磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。点击阅读>>

双激式的相关参数计算以及设计时存在的风险评估

在图2-7中,对于双激式开关变压器,每输入一个交流脉冲电压,除了第一个输入脉冲的磁感应强度变化范围是从0到最大值Bm以外,其余输入脉冲,磁感应强度的变化范围都是从负的最大值-Bm到正的最大值Bm ,或从正的最大值Bm到负的最大值-Bm ,即:每输入一个交流脉冲电压,磁感应强度的增量ΔB都是最大磁感应强度Bm的2倍(2Bm)。因此,把这个结果代入(2-13)和(2-14)式,即可求得:

(2-17)和(2-18)式,为计算双激式开关变压器初级线圈N1绕组匝数的公式。式中,N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数,S为变压器铁芯的导磁面积(单位:平方厘米),Bm为变压器铁芯的最大磁感应强度(单位:高斯),τ为脉冲宽度,或电源开关管的导通时间(单位:秒),E为脉冲电压的幅度,单位为伏,F为开关电源的工作频率,单位赫芝。

同样,我们把(2-17)式中的输入脉冲电压幅度E与脉冲宽度τ的乘积定义为变压器的伏秒容量,用VT来表示(单位:伏秒),即:VT = E×τ 。点击阅读>>

单激式开关变压器铁芯磁滞损耗、涡流损耗的测量

变压器铁芯的磁滞损耗,实际上就是流过变压器初级线圈励磁电流产生的磁场在铁芯中产生的一部分能耗;但并不是所有励磁电流的能量都转化为磁滞损耗,其大部分励磁电流产生或存储的能量还是要转化反电动势输出;那么如何测量单激式开关变压器铁芯磁滞损耗、以及其涡流损耗呢?

变压器铁芯的磁滞损耗,实际上就是流过变压器初级线圈励磁电流产生的磁场在铁芯中产生的一部分能耗;但并不是所有励磁电流的能量都转化为磁滞损耗,其大部分励磁电流产生或存储的能量还是要转化反电动势输出;那么如何测量单激式开关变压器铁芯磁滞损耗、以及其涡流损耗呢?

我们在《2-1-12.开关变压器涡流损耗分析》章节中已经求得,流过变压器初级线圈中的励磁电流为......

根据(2-60)式和(2-61)式以及图2-20和图2-21的分析结果,我们可以用图2-26电路来测试单激式开关变压器的磁滞损耗和涡流损耗,以及励磁电流反激输出的功耗。其原理是,在变压器初级线圈两端加一方波电压,然后测试流过变压器初级线圈的电流以及反电动势输出功率Pr1.........点击阅读>>

开关变压器的漏感工作原理及计算

任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。因此,分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。

开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。

图2-31是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。下面我们就用图2-31来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理,并进行一些比较简单的计算。点击阅读>>

结语(conclusion)

作为留学德国的高材生,陶老师在射频、电子系统设计方面积累了深厚的经验,而陶老师撰写的技术文章也经常创下文章点击率新记录,《开关电源原理与设计》是陶老师的另一个技术高新,该系列文章从理论深度分析开关变压器的工作原理,书中很多公式均由陶老师自己推导得出,且内容由浅入深,非常适合工程师朋友学习。在此,衷心地感谢陶先生无私地奉献,也希望此书可以给本土工程师开关变压器设计上更多帮助。

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