反激电路变压器设计进阶论述.pdf

1反激电路变压器设计进阶 陈 为 博士 chw@fzu.edu.cn 福州大学电气工程与自动化学院 教授, 博士生导师 中国电源学会常务理事, 磁技术专委会主任委员 Magnetics and Power Conversion Lab 2016年05月28日 深圳 ? 功率变换器磁元件的设计考虑 ? 反激变压器基本电气设计 ? 反激变压器磁芯选择考虑 ? 反激变压器绕组损耗分析 ? 反激式变压器的杂散参数效应 磁(场)特性-感性效应 电(场)特性-容性效应 ? PSR反激变换器 主要内容 Magnetics and Power Conversion Lab 2开关功率变换器功率磁性元件 SR DMC D2A CMC PFC LTX ?滤波器 差模电感 共模电感 差+共模集成电感 ?变压器 正激变压器 反激变压器 中间抽头变压器 推挽变压器 ?电感器 直流滤波电感器 谐振电感器 PFC电感器 逆变电感器 ?集成磁件 电感+电感 变压器+电感 变压器+变压器 滤波器+变压器 滤波器+电感 磁性元件的重要性 ?尺寸、重量 ?形状、高度 ?安规、耐压 ?客制化设计 ?损耗、温升 ?人工成本 ?参数一致性控制 ?磁件测量 ?电磁兼容 ?其他性能 输入 输出 ?高频磁性元件已经成为功率变换器进一步发展的瓶颈 ?磁技术已经成为当前开关电源主要关注内容 3磁性元件的设计考虑 结构设计 电气设计 损耗设计 热设计 e e l ANL 2? ? ? 2 ?10 4 4 ?10 4 6 ?10 4 8 ?10 4 0 2 4 6 8 1 833.0)( S PT ?? EMI设计杂散参数 DCMCCM Vi+Vo*n Vi n:1ip Vds Vi Vo Vds ip is is 反激变换器原理工作波形 ON OFF ON OFF ? 反激变压器实际上是变 压器与电感器的磁集成。 CRM ON OFF 4Dmax=0.45 Dmax=0.40 _ maxDS o iV n V V? ? ? _ maxi D o V V V n ? ? max max 1- i o DV n V D ? ? n:1 ip VDS Vi Vo is ? 确定最大占空比限制Dmax ? 二极管反向耐压限制VD ? 开关管承受电压限制VDSVi_min VD Vo=12V, Vi_max=265*1.4V, Vi_min=90*1.4V 反激变压器基本电气设计-- 匝比 反激变压器基本电气设计– 电感量 _ min max pk i p V D I L f ? ? ? n:1 ip Vds Vi Vo is 21 2i p pk P L I f? ? ? ? 2 _ min max( ) 2 i p i V D L P f ? ? ? ? CRM CCM DCM pL 2 max maxi i p rp i rp i V D V DL k I f k P f ? ? ? ? ? ? ? ? maxi p V DI L f ? ? ? ? rp i i Ik I ? ? ?法拉第电磁感应定律 ?安培环路定律 5H B ?Bac Bm Bdc 反激变压器磁芯磁通特点 Vi (1 )i s o s e p e s e V DT V D TVoltSecondB N A N A N A ? ? ? ? ? ? o s pDC p DC a a I N I N B l ? ? ? 2 AC DCm BBB ??? Np Ns B Vo ip is ? 既要考虑磁芯的损耗(?B),又要考虑磁芯的饱和(Bm) 1 /DC gB l? 1 / eB A? ? lg Ae Bm B? DCB 气隙对电感量的影响 2 0 e g AL N l ?? ? gl 小气隙 气隙扩散效应 绕组涡流去磁效应 窗口高度影响 6变压器中的电磁场分布 激磁 磁通 漏磁 通 ip isim 原边 电荷 副边 电荷 原、副 边电荷 电场分布 磁场分布 涡流损耗 磁芯损耗 反激变压器磁芯选择考虑 f .B: 考虑磁能量传输能力 ?H2.: 考虑磁能量储存能力 f x ?B 根据频率选磁芯材料 根据磁芯材料选有效磁导率 7磁芯损耗特性 2 0 1 2( )CV s acP k f B C C T C T ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 磁芯损耗与如下因素有关: ? 材料材质； ? 工作频率f； ? 交流磁密Bac； ? 工作温度T； ? 直流偏磁磁密Bdc； ? 励磁波形D。 Tx Lk2Lk1 Lm RTxip RLm ip_Tx iLm N:1 Uin Co ?变压器绕组电流可以分解为变压器和电感器分量 ?两个电流分量是正交的，即损耗可以分离 反激变压器绕组损耗机理 变压器分 量电流 电感器分 量电流