反激变压器电感量及气隙的影响.doc

单端反激变压器电感量及气隙的影响 单端反激架构是电源界应用的最为广泛的一种电源架构，主要是应用于150W以下功率范围的隔离电源中。因其外围器件少，电路简单等优点，而广泛被应用。 单端反激按照工作模式可以分为，不连续模式，临界模式以及连续模式，下面就将分别对这几种模式的变压器设计加以讨论，主要是讨论电感量以及气隙对对变压器的影响。 DCM与临界模式 根据电磁感应原理有： ，则可以得出： 的单位为磁芯面积（） 为磁通密度，单位为（高斯：G） 为导通时间，单位为（秒：S） 在此处我们设定工作频率为定值，周期，, 图1.1 反激CCM工作的电压以及电流波形图 由于：，此时变压器存储的能量为： （1-1） 同时也满足电压公式： (1-2) 其中为关断时间，满足条件： (1-3) 一个周期T内提供的能量为： （1-4） 由于,带入式（1-5）得到： （1-6） 从式（1-3）我们知道如果加气隙之后，磁导率降低（备注：,如果，则相对磁导率为：，为有效磁导率，为磁路长度，为气隙长度，其中也就是说有效磁导率降低了，推导见《开关电源中的磁性元件》P44，另外一个公式lc/μc + lg/μo =N2 Ae / L??），随着气隙增大，电感量Lp减小（由公式我们知道：，推导过程见《开关电源中的磁性元件》P33，上式中，B为磁通密度，A为磁芯截面积，l为磁路长度，H为磁场强度。）在输入功率、电压、周期T不变的情况下，则dt必然减小。 又因为我们在设计变压器时有：（此处假设是临界模式，DCM与临界模式基本上是一致的） （1-4） 我们由（1-4）可以得到： （1-5） 其中，为原边与副边匝数比。 综上，我们可以得出在临界模式下，如果气隙增大，电感量减小，占空比不再是设定的占空比，在较小的占空比情况下就可以满足输出额定功率的要求。缺点是电流峰值增大。 由，我们可以知道，在其他条件不变的情况下，dt减小，则dB也要减小，有助于防止磁通饱和，磁损减小；线损增大，MOS管损耗增大，输出整流二极管损耗基本不变。 （推导公式： 加气隙之后有： 由：电磁感应定律知道： 得到： (1) (2) 由（1）式等于(2)式有： 可以得出： 由于ue通常是几千，所以第一项基本上可以忽略不计： 所以有： 所以可以推出： 另外一个推导公式：（ ,可以得出： （ ） 进一步可以得出： ，前一项是磁芯储能，后一项是气隙储能。 ） 在正激类变压器中，增加气隙能够将剩磁降低，这也有助于防止磁芯饱和。 同样，在控制IC为电流控制模式的时候，在电感量较小的时候比较大，所以可以有效防止饱和。 推导如下： 由DCM模式： 我们知道： 我们可以知道： 可以得出： 又因为：，我们可以得出： 当时， 而由于 我们可以知道，，可以得出： 我们可以得出，在同样初级匝数的情况下，磁通量正比于电感量的开方值。 CCM模式 在CCM模式下，同样能够将剩磁降低，这也有助于防止磁芯饱和。 由得，， 其中： 的单位为磁芯面积（） 为磁通密度，单位为（特斯拉：T,备注：） 为导通时间，单位为（秒：S） 对于CCM模式 我们知道有： 其中：，我们可以知道在输出电压一定的情况下占空比为定值。 从功率角度来讲： (备注：) 从上面的公式我们知道： 在输出功率一定的情况下，电感量越大越小，电感量越小越大 ，我们也可以知道，电感量越大越小。 在同样咋比的情况下，如果是理想情况，同样原边匝数的情况下，增大气隙并不能改变磁通密度。 在同样电感量的情况下，在增加匝数的情况下，需要增加气隙，这才能有效防止饱和。 在同样匝数的情况下，电感量越小，电流峰峰值越大。 在IC如果采用电流模式时，较小的电感值也能有效防止磁通饱和。