开关电源的输出功率和什么有关开关电源的输出功率大小和什么有关?是开关频率,还是线圈的数量,或者是脉冲的宽度_百度作业帮
开关电源的输出功率和什么有关开关电源的输出功率大小和什么有关?是开关频率,还是线圈的数量,或者是脉冲的宽度
输出功率的话,主要是看你后边负载需要多少来决定的.但是整个开关电源系统会有一个最大的输出功率,是由系统决定的.即：在开关电源的最大输出功率范围内,输出功率由负载决定.而最大输出功率,要看变压器、开关管的承受功率来决定,可以按照电流承受能力来推算,在变压器设计时候也会有功率的计算,高频变压器的功率和开关频率（你说的脉冲宽度）有关系
和电源输出来的电流电压有关，而电流电压和电源IC变压器有关。
输出功率的大小，跟变压器 IC 负载很多因素有关系线圈数量没有关系
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关于单片机控制开关电源
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关于控制本人曾做过一个用PIC16F73产生的开关电源,实测效率只有75%,我的目标是能达到85%就可以实用了.我是用PWM I/O端口直接驱动MOS管的,不知是不是驱动有问题,我今天再试试看.
不知各位有没有用过单片机直接驱动MOS管的?
工作频率是多少?工作频率是多少?
你用的是多大晶振,PWM的分辨率是几位?你用的是多大晶振,PWM的分辨率是几位?
150k?IC的工作频率是多少?一个指令要多少个时钟周期?我觉的PIC的没有AVR的快,反馈如何解决?不过用单片机直接驱动MOS很少见,一般都要加驱动.
好像很难吧 就是20M的晶震 达到150k pwm分辨率很低了啊
attiny15,attiny26的PWM频率为250K,分辨率为8位...
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20M的晶振能达到150K的PWM输出吗???!!!
单片机直接驱动开关管时,驱动能力不足的问题容易解决,主要是高频时,决定周期和占空比的寄存器的内容很小降低分辨率,这可以通过提高总线时钟和计数脉冲频率来解决.
&&&& 更加困难的是,150kHz的频率下,如果要实现可靠的PFM可能会好办一些,要实现可靠的PWM太难了,兄弟们,你们有什么好着吗?
没试过但也没见过.
我想试一试??那位有线路,我来试一试!!
mail:
有关单片机控制开关电源上面的朋友你好,我现在在做单片机控制开关电源,想与你交流一下.qq:
应该是驱动能力不足的问题了.
在单片机vss窜一led接地,让单片机悬浮一点
我在2000年做过,是客车变频逆变器,火车客车上用的,用的是pic711工作晶4M,量产过,有空交流一下我的qq
You definitely need Driver circuit between PIC and the FETs. You can check the waveform and find out the turn-on and turn-off time of your current circuit.
IO端口是5V电平.这个电压去驱动特殊的逻辑mos还凑合.普通mos就不成了.工作点是恒流状态.所以效率会很低.
我用AVR做的,效率达到8x%.目前先做成二象限源,以后考虑做四象限或者是提高效率.
你好,现在用8535编了一个spwm的程序,在I/O口上可以看到一些变化的脉冲,用一的滤波电容能看到完整的正弦波,但现在我要用于逆变,却不知道怎么处理?过一个月就要毕业了,没多少时间了,所以就想请教你,可以吗?QQ:
用PWM控制开关电源要当心PWM停止是的电平,有时会在高电平上.
本人设计过用PIC16F877控制开关行电泳仪,建议你还是用单片机控制D/A
再有它控制PWM芯片
还有PIC的IO输出电流一般在25mA,我认为驱动电流不够.
效率不高是驱动波失真,应加灌柱驱动.
请问是用PWM输出直接控制功率管的导通和关断吗?
还是用单片机DA输出或PWM作为DA输出控制PWM芯片呢?
贵处哪里?希望与你多交流.
我想用PWM输出直接控制功率管的导通和关断,该怎么办?光耦隔离之后的驱动电路该怎样设计,谢谢
我正在做一个电源,是用单片机PIC16F73控制D/A,再有它控制494,不知道你有什么好的建议和电路吗?
思路不错,就看你用什么方法去控制494了
你知道51的i/o口能输出多大电流吗?
请教大家,现在市场上的开关电源还是以硬件为主,用单片机来做,发展前景好么?
&&&&是不是用单片机产生PWM,控制反馈,开关电源的精度就会高?
我用过ATMEL,ATtiny51,效果非常好只有8个脚,
希望大家把这贴顶下去!!!
你好!
&& 我是ATMEL公司的代理商,我们现在有完整的ATINY15的方案,有意向请和我联系,2张先生
有电源的吗?
能提供详细资料和样片吗?哦,还有报价.
&&&&&&&&&&&&&&
你好,我NEC的代理商,我们有10PIN的价格非常好,比ATtiny13便宜,性能好
功率多大?变压器是怎样规格.
小弟在microchip公司代理商下做 pic单片机销售工作,各位老兄如果需要小弟提供样片、资料等等的请随时联系我.
刘生,PIC的价格如何,和义隆,合泰,比会不会便宜一些!
哦!有的资料的就哪出点资料来给大伙看看啊!
PIC的价格可不是一般贵,义隆的带A/D的也就才3到4块的样子,合泰也是这个价格.
此帖已被删除
我想要一个义隆的仿真软件,不知能不能传一个给我
义隆的仿真软件
pic i/o 最大输出只有20mA,而且是5V电平, 驱动驱动Power mosfet 是不现实的,要外加驱动!
我也认为是驱动能力不够,可以在I/O的输出加个图腾柱式结构,我想可以解决驱动能力不足的问题.哈哈~
我做的也是直接用单片机驱动三极管的开关电路.单片机用的是80C51F310.三极管用的是A42/A92的结合.产生正负65伏脉冲,频率400赫兹左右.可以用!
大家好,我是代理三星MCU,能够提供开发工具及相关的技术支持.S3F等,FLASH、10/9AD.龙生
你好
我也正在准备做智能开关电源
我选用的单片机是AT89C51和AD0809芯片
不知道要注意什么
谢谢回答
老兄,我建议你用一个有内部A/D的单片机把
89C51+ADC0809好庞大哦
现在还这样用,太老土了吧!
驱动能力不够 在加个图腾什么的用示波器看一下
是呀,驱动肯定是问题,加个数字电平输入的驱动IC.
不过,单片机不能做到150K吧,几个周期调节一次占空比呀?控制效果好吗?
51系列的i/o口能输出多大电流吗?
我看是不是驱动功率或电压不够啊,应该加一个功率放大,看能不能行得通,老兄用单片机控制一般会遇到什么问题啊?
肯定是驱动不够的问题,首先可能驱动电压过低,一般mosfet都要10V以上;其次mosfet打开关断时间太长,即驱动电流过小;再次频率越高要求的驱动电流更大......
大家好!我是做台湾腾富单片机的,也不知道我们公司的产品与PIC、MDT、EMC、义隆比有那些优点,缺点?看到大家都这么厉害,我也羡慕.
如果大家有用到腾富的,我免费给大家送样品.0 陈小姐
**此帖已被管理员删除**
请问开关电源的学习应从哪里入手?
单片机IO直接驱动,你用什么MOSFET啊
我用的带不动的,要上拉才行
我QQ:
可以聊聊
我是深圳立奇国际贸易有限公司(Infortech)吴智,是MICROCHIP PIC系列产品上是亚太区第一大代理商,台湾总公司禾申堂(Holy Stone)专业代理MICROCHIP半导体全系列产品,具有丰富的单片机开发经验和稳定高素质的设计团队,在汽车电子、通讯产品、家电产品、防盗监控设备、照明设备等方面已有成熟方案,全新的PIC专业化开发工具,专业提供PIC芯片的技术支持及设计方案
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效率太低,BOOST电路我做到了97%
祝贺你!在什么条件下测的?工作电压,输出电压 ,功率?
我相信!!!你是用单片机做的DC/DC吗?,用什么能告诉我们吗?控制起来稳定性如何?
个人觉得效率与你的功率电路的关系较大,与控制电路关联不大吧
老兄.我想問一下做開關電源開發在深圳市一個月能有多少工資阿,我是個新手,關心一下前途
我认为还是可以的,我用单片机通过开关管来控制马达变速,效果非常好啊,不过我用的是EMC单片机,其实跟PIC是兼容的.
MOS管的寄生电容
大家好!我是做三星单片机和仙童电源IC,MOS管,IGBT代理的,S3F9454BZZ,S3F9498XZZ,S3F9488XZZ,S3P9228AZZ,KA5L0380R,KA5M02659RN,FSDM0265RNB,FSDH321,FSDM311,FGA25N120AN,FGA15N120AND,FGL60N100BN,联系人,QQ:黄华
用软件做不太好
我正考虑使用DSP做PWM,
可以直接驱动,不过在单片机vss和地之间接一个发光二极管,效果会好一点
用单片机I/O端口直接驱动MOS管是不合适的,这是由于单片机用的是5V电压,它的最大驱动电压也只有5V,而MOS管的驱动电压应该在10V左右,如果低于6V,由于驱动电压不足,就很容易过载,效率也达不到要求.所以,应该加一级电压放大级,使驱动电压达到10V左右.
我想问下控制开关电源用PIC单片机比较合适?我也是做电源的,现在想学一门单片机,主要应用在电源控制方面.我想各位前辈推荐下学习哪钟单片机 比较合适啊!51,PIC,ARM,还是学习 DSP,先谢谢了!
MK7A21P(A/D 8bit PWM)-HT46R47;
MK7A22P(A/D 12bit PWM)-S3F9454
MK7A11P/MK7A10P/MK7A20P(普通I/O)-EM78P153/156/447/SN8P2501/PIC12C508/54/57
MK7A11=MDT2005/MDT2010&&&&MK7A11=SN2501B
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单片机控制开关电源,8位的单片机几乎不能,16位的还凑湖,建议使用DSP,FPGA,速度当然是FPGA了,但是没有内嵌ADC,这是最大问题,DSP,相对慢,但是有高速ADC,可以同时几路采样,具体用哪一种,要看你的电源要求了
以上言论仅供参考,当然可以讨论
单片机加494是可行方案,单片机的DA要速度的话就用专用DA,反应速度要求不高可以用单片机的PWM+运放组成DA.功率在的话加个MOS驱动芯片.
单片机加494,岂不麻烦?以你的思路,完全可以使用DSP了,有很大的灵活性.
我做了一款,就是这样,采用移项全桥,电流可以输出300A,频率20K,提高频率也可以,只是性价比不好.485/232总线接口,恒流、恒压都可以!优势在于灵活性!如果单片机加494,灵活性受到很大限制!
你好，能把你要做的开关电源的相关技术指标说清楚吗？开关电源如果输出功率低的话，效率在75%也已经不错了。你做的功率是多大的？所用的单片机的PWM口最大驱动电流有多大？MOS管的驱动电流越大，其损耗反而是降低的！据我所知，单片机的口驱动电流都只有几十个mA，如果不改造驱动电路，这样的电流无法达到要求的。还有，你这个是纯Boost电路拓扑的吧？不知道有没有人尝试做过反激的单片机控制开关电源，想直接单片机控制MOS的，因为之前看到一些文献，说以单片机的晶振来控制PWM的话，并不能达到很高的控制频率，不知道有没有人做成功过？
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例如一个开关电源输入是100-240 0.3A，输出5V 1A 一直没弄明白，那到底电源的功率是多少，效率大概是多少， 是简单的电压乘以电流吗，这样算的话，那不是电源消耗功率达几十W，输出才5w&&？
是这样算的吗，感觉不对啊，这效率也太低了啊，输入的电压电流是指什么，两者相乘就是其功耗吗？
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100-240是电压输入范围， 0.3A是瞬时最大电流值。和开关电源的功率，电容量有关。
开关电源标的功率就是输出的功率,不会标输入的具体的要测了才知道.那上面标的,是最大的时候或是承受的.一般很难到
输入电流是最大峰值电流，输出电流是额定电流。
实际功耗当然不会这么高，比如你看到的这个5v 1A输出是额定最高工作输出。实际使用时电流和你的用电设备有关。开关电源的效率一般都在80%以上。
开关电源是无功的，是有负载决定的
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Time 0.055744 second(s),query:5 Gzip enabled开关电源功率变压器的设计方法-
开关电源功率变压器的设计方法
名称:开关电源功率变压器的设计方法
从开关电源功率变压器的特性和要求引出设计步骤及计算公式。其设计方法参考原电子
工业部“指导性技术文件SJ/Z2921”。
1开关电源功率变压器的特性
功率变压器是开关电源中非常重要的部件ˇ它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。不过在这种功率变压器中实ˇ磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片ˇ而是在高频情况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料ˇ其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗ˇ使之能以最小的损耗和ˇ位失真传输具有宽频带的脉冲能量。
图1ˇaˇ为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波ˇ图1ˇbˇ为输出端得到的输出波形ˇ可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以下几个方面ˇ
图1脉冲变压器输入、输出波形
ˇaˇ输入波形ˇbˇ输出波形
ˇ1ˇ上升沿和下降沿变得倾斜ˇ即存在上升时间和下降时间ˇ
ˇ2ˇ上升过程的末了时刻ˇ有上冲ˇ甚至出ˇ振荡ˇˇˇ
ˇ3ˇ下降过程的末了时刻ˇ有下冲ˇ也可能出ˇ振荡波形ˇ
ˇ4ˇ平顶部分是逐渐降落的。
这些失真反映了实际脉冲变压器和理ˇ变压器的差别ˇ考虑到各种因素对波形的影ˇˇ可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。
图中ˇRsi――信号源Ui的内阻
Rp――一次绕组的电阻
Rm――磁心损耗ˇ对铁氧体磁心ˇ可以忽略ˇ
T――理ˇ变压器
Rso――二次绕组的电阻
RL――负载电阻
C1、C2――一次和二次绕组的等效分布电容
Lin、Lis――一次和二次绕组的漏感
Lm1――一次绕组电感ˇ也叫励磁电感
n――理ˇ变压器的匝数比ˇn=N1/N2
图2脉冲变压器的等效电路
将图2所示电路的二次回路折合到一次ˇ做近似处理ˇ合并某些参数ˇ可得图3所示电路ˇ漏感Li包括Lin和Lisˇ总分布电容C包括C1和C2ˇ总电阻RS包括Rsi、RP和RsoˇLm1是励磁电感ˇ和前述的Lm1ˇ同ˇRL′是RL等效到一次侧的阻值ˇRL′=RL/n2,折合后的输出电压U′o=Uo/n。
经过这样处理后ˇ等效电路中只有5个元件ˇ但在脉冲作用的各段时间内ˇ每个元件并不都是同时起主要作用ˇ我们知道任何一个脉冲波形可以分解成基波与许多谐波的叠加。脉冲的上升沿和下降沿包含着各种高频分量ˇ而脉冲的平顶部分包含着各种低频分量。因此在上升、下降和平顶过程中ˇ各元件ˇL、C等ˇ表ˇ出来的阻抗也不一样ˇ因此我们把这一过程分成几个阶段来分析ˇ分别找出各阶段起主要作用的元件ˇ而忽略次要的因素。例如ˇ当输入信号为矩形脉冲时ˇ可以分3个阶段来分析ˇ即上升阶段、平顶阶段和下降阶段。
ˇ1ˇ上升阶段
对于通常的正脉冲而言ˇ上升阶段即脉冲前沿ˇ信号中包含丰富的高频成分ˇ当高频分量通过脉冲变压器时ˇ在图3所示的等效电路中ˇC的容抗1/ωC很小ˇ而Lm1的感抗ωLm1很大ˇˇ比起来ˇ可将Lm1的作用忽略ˇ而在串联的支路中ˇLi的作用即较为ˇ著。于是可以把图3所示的等效电路简化成图4所示的等效电路。
图3图2的等效电路
图4图3的简化电路
在这个电路中ˇ频率越高ˇωLi越大ˇ而1/ωC越小ˇ因而高频信号大多降在Li上ˇ输出的高频分量就减少了ˇ可见输入信号Usm前沿中所包含的高频分量就不能完全传输到输出端ˇ频率越高的成分到达输出端越小ˇ结果在输出端得到的波形前沿就和输入波形不同ˇ即产生了失真。
要ˇ减小这种波形失真ˇ就要尽量减小分布电容Cˇ应减小变压器一次绕组的匝数ˇ。但又要得到一定的绕组电感量ˇ所以需要用高磁导率的磁心。在绕制上也可以采取一些措施来减小分布电容ˇ例如用分段绕法ˇ为了减小漏感L1ˇ可采用一、二次绕组交叠绕法等。
ˇ2ˇ平顶阶段
脉冲的平顶包含着各种低频分量。在低频情况下ˇ并联在输出端的3个元件中ˇ电容C的容抗1/ωC很大ˇ因此电容C可以忽略。同时在串联支路中ˇLi的感抗ωLi很小ˇ也可以略去。所以又可以把图3电路简化为图5所示的低频等效电路。信号源也可以等效成电动势为Usm的直流电源。
这里可用下述公式表达
U′o=(UsmRL′)eˇT/τ/(RsˇRL′)
τ=Lm1(RsˇRL′)RsRL′
可见U′o为一下降的指数波形ˇ其下降速度决定于时间常数τˇτ越大ˇ下降越慢ˇ即波形失真越校为此ˇ应尽量加大Lm1ˇ而减小Rs和RL′ˇ但这是有ˇ的。如果Lm1太大ˇ必然使绕组的匝数很多ˇ这将导致绕组分布电容加大ˇ致使脉冲上升沿变坏。
图5图3的低频等效电路
图6脉冲下降阶段的等效电路
ˇ3ˇ下降阶段
下降阶段的信号源ˇ当于直流电源Usm串联的开关S由闭合到断开的阶段ˇ它与上升阶段虽然是ˇ对的过程ˇ但有两个不同ˇ一是电感Lm1中有励磁电流ˇ并开始释放ˇ因此Lm1不能略去ˇ二是开关S断开后ˇRs便不起作用ˇ由此得出下降阶段的等效电路ˇ见图6。
一般来说ˇ在脉冲变压器平顶阶段以后ˇLm1中存储了比较大的磁能ˇ因此在开关断开后ˇ会出ˇ剧烈的振荡ˇ并产生很大的下冲。为了ˇ除下冲往往采用阻尼措施。
2功率变压器的参数及公式
2.1变压器的基本参数
在磁路中ˇ磁通集中的程度ˇ称为磁通密度或磁感应强度ˇ用B表示ˇ单位是特斯拉ˇTˇˇ通常仍用高斯ˇGSˇ单位ˇ1T=104GS。另一方面ˇ产生磁通的磁力称为磁场强度ˇ用符号H表示ˇ单位是A/m
H=0.4πNI/li
式中ˇN――绕组匝数
I――电流强度
li――磁路长度
磁性材料的磁滞回ˇ表示磁性材料被完全磁化和完全去磁化这一过程的磁特性变化。图7为一典型的磁化曲ˇ。
由坐标0点到a点这段曲ˇ称起始磁化曲ˇ。
曲ˇ中的一些关键点是十分重要的ˇBSˇ饱和磁通密度ˇBrˇ剩磁ˇHCˇ矫顽磁力。
当Br越接近于BS值时ˇ磁滞曲ˇ的形状越接近于矩形ˇ见图8ˇaˇˇ同时矫顽磁力HC越大时ˇ磁滞曲ˇ越宽ˇ这表明这种磁性材料的磁化特性越硬ˇ表明这种材料为硬磁性材料。当Br和BSˇ差越大ˇ矫顽磁力HC越小时ˇ即磁滞曲ˇ越瘦ˇ表明这种材料为软磁性材料ˇ脉冲变压器的磁心材料应选用软磁性材料ˇ见图8ˇbˇ。
图7不带气隙的磁滞回ˇ
图8硬/软磁性材料和磁滞回ˇ
ˇaˇ硬磁材料(b)软磁材料
如果在磁心中开一个气隙ˇ将建立起一个有气隙的磁路ˇ它会改变磁路的有效长度。因为空气隙的磁导率为1ˇ所以有效磁路长度le为
le=liˇμilg
式中ˇli――磁性材料中的磁路长度
lg――空气隙的磁路长度
μi――磁性材料的磁导率
对一个给定安匝数ˇ有空气隙磁心的磁通密度要比没有空气隙的磁通密度校
2.2设计变压器的基本公式
为了确保变压器在磁化曲ˇ的ˇ性区工作ˇ可用下式计算最大磁通密度ˇ单位ˇTˇ
Bm=(Up×104)/KfNpSc
式中ˇUp――变压器一次绕组上所加电压ˇVˇ
f――脉冲变压器工作频率ˇHz)
Np――变压器一次绕组匝数ˇ匝ˇ
Sc――磁心有效截面积ˇcm2ˇ
K――系数ˇ对正弦波为4.44,对矩形波为4.0
一般情况下ˇ开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些。
变压器输出功率可由下式计算ˇ单位ˇWˇ
Po=1.16BmfjScSo×10ˇ5
式中ˇj――导ˇ电流密度ˇA/mm2ˇ
Sc――磁心的有效截面积ˇcm2)
So――磁心的窗口面积ˇcm2ˇ
3对功率变压器的要求
ˇ1ˇ漏感要小
图9是双极性电路ˇ半桥、全桥及推挽等ˇ典型的电压、电流波形ˇ变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。
图9双极性功率变换器波形
功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关ˇ仅就变压器而言ˇ减小漏感是十分重要的。
ˇ2ˇ避免瞬态饱和
一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在BˇH曲ˇ接近拐点处ˇ因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快ˇ持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大ˇ在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接ˇ连并加有较高的电压ˇ脉冲变压器的饱和ˇ即使是很短的几个周期ˇ也会导致功率开关管的损坏ˇ这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。
ˇ3ˇ要考虑温度影ˇ
开关电源的工作频率较高ˇ要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小ˇ随着工作温度的升高ˇ饱和磁通密度的降低应尽量校在设计和选用磁心材料时ˇ除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外ˇ还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小ˇ一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影ˇˇ按开关电源工作环境温度为40℃考虑ˇ磁心温度可达60～80℃ˇ一般选择Bm=0.2～0.4Tˇ即GS。
ˇ4ˇ合理进行结构设计
从结构上看ˇ有下列几个因素应当给予考虑ˇ
漏磁要小ˇ减小绕组的漏感ˇ
便于绕制ˇ引出ˇ及变压器安装要方便ˇ以利于生产和维护ˇ
便于散热。
4磁心材料的选择
软磁铁氧体ˇ由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点ˇ而被广泛应用于开关电源中。
软磁铁氧体ˇ常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列ˇ锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3ˇMnCO3ˇZnOˇ它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等ˇ用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3ˇNiOˇZnO等ˇ主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天ˇ匹配器等。
在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心ˇ而且视其用途不同ˇ材料选择也不ˇ同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心ˇ其材料牌号多为R4K～R10Kˇ即ˇ对磁导率为左右的铁氧体磁心ˇ而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料ˇ其Bs为0.5Tˇ即5000GSˇ左右。
开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求ˇ
ˇ1ˇ具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br
磁通密度Bs的高低ˇ对于变压器和绕制结果有一定影ˇ。从理论上讲ˇBs高ˇ变压器的绕组匝数可以减小ˇ铜损也随之减校
在实际应用中ˇ开关电源高频变换器的电路形式很多ˇ对于变压器而言ˇ其工作形式可分为两大类ˇ
1ˇ双极性。电路为半桥、全桥、推挽等。变压器一次绕组里正负半周励磁电流大小ˇ等ˇ方ˇˇ反ˇ因此对于变压器磁心里的磁通变化ˇ也是对称的上下移动ˇB的最大变化范围为△B=2Bmˇ磁心中的直流分量基本抵ˇ。
2ˇ单极性。电路为单端正激、单端反激等ˇ变压器一次绕组在1个周期内加上1个单ˇ的方波脉冲电压ˇ单端反激式如此ˇ。变压器磁心单ˇ励磁ˇ磁通密度在最大值Bm到剩余磁通密度Br之间变化ˇ见图7ˇ这时的△B=BmˇBrˇ若减小Brˇ增大饱和磁通密度Bsˇ可以提高△Bˇ降低匝数ˇ减小铜耗。
ˇ2ˇ在高频下具有较低的功率损耗
铁氧体的功率损耗ˇ不仅影ˇ电源输出效率ˇ同时会导致磁心发热ˇ波形畸变等不良后果。
变压器的发热问题ˇ在实际应用中极为普遍ˇ它主要是由变压器的铜损和磁心损耗引起的。如果在设计变压器时ˇBm选择过低ˇ绕组匝数过多ˇ就会导致绕组发热ˇ并同时ˇ磁心传输热量ˇ使磁心发热。反之ˇ若磁心发热为主体ˇ也会导致绕组发热。
选择铁氧体材料时ˇ要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为ˇ假如磁心损耗为发热主体ˇ使变压器温度上升ˇ而温度上升又导致磁心损耗进一步增大ˇ从而形成恶性循环ˇ最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。因此国内外在研制功率铁氧体时ˇ必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题ˇ这也是电源用磁性材料的一个ˇ著特点ˇ日本TDK公司的 PC40及国产的R2KB等材料均能满足这一要求。
ˇ3ˇ适中的磁导率
ˇ对磁导率究竟选取多少合适呢ˇ这要根据实际ˇ路的开关频率来决定ˇ一般ˇ对磁导率为2000的材料ˇ其适用频率在300kHz以下ˇ有时也可以高些ˇ但最高不能高于500kHz。对于高于这一频段的材料ˇ应选择磁导率偏低一点的磁性材料ˇ一般为1300左右。
ˇ4ˇ较高的居里温度
居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度ˇ一般材料的居里温度在200℃以上ˇ但是变压器的实际工作温度不应高于80℃ˇ这是因为在100℃以上时ˇ其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70ˇ。因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。再者ˇ当高于100℃时ˇ其功耗已经呈正温度系数ˇ会导致恶性循环。对于R2KB2材料ˇ其允许功耗对应的温度已经达到110℃ˇ居里温度高达240℃ˇ满足高温使用要求。
5开关电源功率变压器的设计方法
5.1双极性开关电源变压器的计算
设计前应确定下列基本条件ˇ电路形式ˇ开关工作频率ˇ变压器输入电压幅值ˇ开关功率管最大导通时间ˇ变压器输出电压电流ˇ输出侧整流电路形式ˇ对漏感及分布电容的要求ˇ工作环境条件等。
ˇ1ˇ确定磁心尺寸
1ˇ求变压器计算功率Pt
Pt的大小取决于变压器输出功率及输出侧整流电路形式ˇ
全桥电路ˇ桥式整流ˇPt=(1ˇ1/n)Po半桥电路ˇ双半波整流ˇPt=(1/nˇ)Po推挽电路ˇ双半波整流ˇPt=(/nˇ)Po式中ˇPo=UoIoˇ直流输出功率。Pt可在ˇ2～2.8ˇPo范围内变化ˇPo及Pt均以瓦ˇWˇ为单位。n=N1/N2,变压匝数比。
2ˇ确定磁通密度Bm
Bm与磁心的材料、结构形式及工作频率等因素有关ˇ又要考虑温升及磁心不饱和等要求。对于铁氧体磁心多采用0.3Tˇ特斯拉ˇ左右。
3ˇ计算磁心面积乘积Sp
Sp等于磁心截面积Scˇcm2ˇ及窗口截面积Soˇcm2ˇ的乘积ˇ即
Sp=ScSo=[(Pt×104)/4BmfKwKj]1.16(cm4)
式中ˇKw――窗口占空系数ˇ与导ˇ粗细、绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关。一般低压电源变压器取Kw=0.2～0.4。
Kj――电流密度系数ˇ与铁心形式、温升要求等有关。对于常用的E型磁心ˇ当温升要求为25℃时ˇKj=366ˇ要求50℃时ˇKj=534。环型磁心ˇ当温升要求为25℃时ˇKj=250;要求50℃时ˇKj=365。
由Sp值选择适用于或接近于Sp的磁性材料、结构形式和磁心规格。
ˇ2ˇ计算绕组匝数
1ˇ一次绕组匝数ˇN1=(Up1ton×10ˇ2)/2BmSc(匝)
式中ˇUp1――一次绕组输入电压幅值ˇVˇ
ton――一次绕组输入电压脉冲宽度ˇμsˇ
2ˇ二次绕组匝数ˇN2=(Up2N1ˇ/Up1ˇ匝ˇ
Ni=(UpiN1ˇ/Up1(匝)
式中ˇUp2…Upi――二次绕组输出电压幅值ˇVˇ
ˇ3ˇ选择绕组导ˇ
导ˇ截面积Smi=Ii/j(mm2)
式中ˇIi――各绕组电流有效值ˇAˇ
j――电流密度
j=KjSpˇ0.14×10ˇ2(A/mm2)
ˇ4ˇ损耗计算
1ˇ绕组铜损Pmi=Ii2Rai(W)
式中ˇRai――各绕组交流电阻ˇΩˇˇ
Ra=KrRdˇRd――导ˇ直流电阻ˇKr――趋表系
数ˇKr=(D/2)2/(Dˇ△)?△ˇD――圆导ˇ
直径ˇmmˇˇ△――穿透深度ˇmmˇˇ圆铜导ˇ△
=66.1/f0.5ˇfˇ电流频率ˇHzˇ
变压器为多绕组时ˇ总铜损为
Pm=ˇIi2Rai(W)
2ˇ磁心损耗Pc=PcoGc
式中ˇPco――在工作频率及工作磁通密度情况下单
位质量的磁心损耗ˇW/kgˇ
Gc――磁心质量ˇkgˇ
3ˇ变压器总损耗Pz=PmˇPcˇWˇ
ˇ5ˇ温升计算
变压器由于损耗转变成热量ˇ使变压器温度上升ˇ其温升数值与变压器表面积ST有关ST=
式中ˇSp――磁心面积乘积ˇcm4ˇ
KS――表面积系数ˇE型磁心KS=41.3ˇ环型
磁心KS=50.9
5.2单极性开关电源变压器的计算
设计前应确定下列基本条件ˇ电路形式ˇ工作频率ˇ变换器输入最高和最低电压ˇ输出电压电流ˇ开关管最大导通时间ˇ对漏感及分布电容的要求ˇ工作环境条件等。
ˇ1ˇ单端反激式计算
1ˇ变压器输入输出电压
一次绕组输入电压幅值UP1=Uiˇ△U1
式中ˇUi――变换器输入直流电压ˇVˇ
△U1――开关管及ˇ路压降ˇVˇ
二次绕组输出电压幅值UP2=U02ˇ△U2
UPi=U0iˇ△Ui
式中ˇU02…U0i――直流输出电压ˇVˇ
△U2…△Ui――整流管及ˇ路压降ˇVˇ
2ˇ一次绕组电感临界值(H)
式中ˇn――变压器匝数比n=tonUp1/toffUp2
ton――额定输入电压时开关管导通时间
toff――开关管截止时间ˇμsˇ
T――开关电源工作周期ˇμsˇˇT=1/fˇf
ˇ工作频率ˇHzˇ
Po――变压器输出直流功率ˇWˇ
通常要求一次绕组实际电感Lp1≥Lmin
3)确定工作磁通密度
单端反激式变压器工作在单ˇ脉冲状态ˇ一般取饱和磁通密度值ˇBsˇ的一半ˇ即脉冲磁通密度增量
△Bm=BS/2(T)
4ˇ计算磁心面积乘积
Sp=392Lp1Ip1D12/△Bm(cm4)
式中ˇIp1――一次绕组峰值电流
Ip1=2Po/Up1minDmax(A)
式中ˇUp1min――变压器输入最低电压幅值ˇVˇ
Dmax――最大占空比ˇDmax=tonmax/T
D1――一次绕组导ˇ直径ˇmmˇˇ由一次
绕组电流有效值I1确定ˇ单ˇ脉冲时
I1=Ip1ˇton/Tˇ0.5
5ˇ空气隙长度
lg=0.4πLp1Ip12/△Bm2SC(cm)
6ˇ绕组匝数计算
一次绕组ˇ有气隙时
N1=△Bmlg×104/0.4πIp1(匝)无气隙时(匝)
式中ˇLC――磁心磁路长度ˇcmˇ
μe――磁心有效磁导率ˇ由工作的磁通密度和直流磁场强度及磁性材料决定ˇ查阅磁心规格得出。
二次绕组N2=[Up2(1ˇDmax)/Up1minDmax]N1
Ni=[Upi(1ˇDmax)/UpiminDmax]N1
ˇ2ˇ单端正激式计算
单端正激式电路工作的特点是一、二次绕组同时工作ˇ另加去磁绕组ˇ因此计算方法与双极性电路类似。
1ˇ二次绕组峰值电流等于直流输出电流ˇ即IP2=I02
2ˇ二次绕组电压幅值
开关电源功率变压器的设计方法
Up2=(Uo2ˇ△U2)/D(V)
式中ˇUo2――输出直流电压ˇVˇ
△U2――整流管及ˇ路压降ˇVˇ
D――额定工作状态时的占空比D=ton/T
3ˇ变压器输出功率
P2=ˇ(DUp2Ip2)(W)
式中ˇUp2――变压器输出电压幅值ˇVˇ
Ip2――二次绕组峰值电流ˇAˇ
4ˇ确定磁心体积
Ve=(12.5βP2×103)/f(cm3)
式中ˇβ――计算系数ˇ工作频率f=30～50kHz时ˇ
由Ve值选择接近尺寸的磁心。
5ˇ一次绕组匝数
N1=(Up1ton×10ˇ2)/f(匝)
式中ˇUp1――变压器输入额定电压幅值ˇVˇ
6ˇ二次绕组匝数N2=(Up2/Up1)N1
Ni=UpiN1/Up1
7ˇ去磁绕组匝数NH=N1
8ˇ绕组电流有效值二次侧ˇI2=Ip2
一次侧ˇI1=Up2I2/Up1
去磁ˇIH=(5～10)ˇI1
上述仅是常规计算方法ˇ由于所选用材料及工艺的不同ˇ有些数据应做ˇ应的调整。
还应做漏感、分布电容、温升及窗口校核等计算ˇ这些计算较繁琐ˇ经验性较强ˇ必要时请阅专著。
张乃国男 1937年生ˇ清华大学副教授。于1959年ˇ22岁ˇ编著《小型变压器的设计与制作》一书ˇ受到读者欢迎ˇ两次重印ˇ1965年出修订本。1988年又主编出版《小功率电源变压器》一书ˇ选作电工电子技术人员培训及晋升职称参考用书。曾发表多篇有关电子变压器的论文。
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