單端反激式開關(guān)電源磁芯尺寸和類型的選擇字體大?。捍?| 中 | 小 2008-08-28 12:53 - 閱讀：6184 - 評論：2 徐麗紅 王佰營A、InternationalRectifier公司-56KHz輸出功率推薦磁芯型號0-10W EFD15 SEF16 EF16 EPC17 EE19 EF(D)20 EPC25 EF(D)2510-20W EE19 EPC19 EF(D)20 EE,EI22 EF(D)25 EPC2520-30W EI25 EF(D)25 EPC25 EPC30 EF(D)30 ETD29 EER28(L)30-50WEI28 EER28(L) ETD29 EF(D)30 EER3550-70WEER28LETD34 EER35 ETD3970-100WETD34 EER35 ETD39 EER40 E21摘自InternationalRectifier,AN1018-“應(yīng)用IRIS40xx系列單片集成開關(guān)IC開關(guān)電源的反激式變壓器設(shè)計”B、ELYTONE公司-100KH型號 輸出功率（W） 5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1KEI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50 EI60 -EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65VcerVceo;在ce間承受最高電壓時最好保證 be結(jié)短接或者反偏,此時晶體管就可承受較高的反偏電壓.二、任何時刻都應(yīng)保證磁芯不飽和； 由于反激式開關(guān)變壓器的特殊性，磁芯飽和問題在反激式 變換器的設(shè)計中尤為重要。一旦磁芯飽和，開關(guān)管瞬間就 會損壞。為防止磁芯飽和反激式開關(guān)變壓器磁芯一般都留 氣隙，顯著擴大磁場強度的范圍，但僅靠氣隙并不能完全 解決磁芯飽和的問題，由磁感應(yīng)定律很容易得出： 由（1）式知： 磁感應(yīng)強度與輸入電壓和導(dǎo)通時間有關(guān)。在輸入 電壓一 定時，由反饋電路保證Ton的合適值。 在工作過程中，根據(jù)磁飽和的形式分兩種情況： 一種是：一次性飽和： 當(dāng)反饋環(huán)路突然失控時，在一個周期內(nèi)導(dǎo)通一直 持續(xù)， 直到過大的Ip使磁芯飽和而使開關(guān)管立即 損壞； 另一種是：逐次積累式飽和： 磁芯每個周期都有置位與復(fù)位動作，反激式開關(guān) 電源磁 芯置位是由初級繞組來實現(xiàn)，磁芯復(fù)位是由 次級繞組和 輸出電路來實現(xiàn)。當(dāng)電路等設(shè)計不當(dāng)時， 每次磁芯不能 完全復(fù)位，一次次的積累，在若干周期內(nèi)磁芯飽和。就像 吹氣不一樣，一口氣吹破就相當(dāng)磁芯一次性飽和；每吹一 次，就排氣，但每次排氣量都比進氣量少一點，這樣循環(huán) 幾次后，氣球就會被撐破的；若每次充排氣量相同，氣球 就不會破的，磁芯也是如此，如下圖： 磁芯從abc為置位，從cda為復(fù)位，每個周期都要 回到a，磁芯就不會飽和。對于反激式開關(guān)電源的斷續(xù)模 式，磁芯復(fù)位一般是不成問題的。 三、始終保持變換器工作于一個模式如CCM或DCM；不要在兩 個模式之間轉(zhuǎn)換，這兩種模式不同，對反饋回路的調(diào)節(jié) 電路要求也不同，在考慮某一種模式而設(shè)計的調(diào)節(jié)電路， 如運行到另一模式時易引起不穩(wěn)定或者性能下降。四、保證最小導(dǎo)通時間不接近雙極性開關(guān)管的存儲時間；（ MOSFET管例外） 在設(shè)計反激式開關(guān)電源時，特別在開關(guān)電源 頻率較高 、直流輸入電壓最高，負(fù)載又較輕 時，開關(guān)導(dǎo)通時間 Ton最小，若這個時間接近或小于雙極性晶體管的存儲時 間（0.5s1.0s）時，極易造成開關(guān)管失控，而使磁 芯飽和。此時就要重新審視開關(guān)頻率的選擇，或能否工作 于如此高電壓或者通過調(diào)節(jié)占空比來適應(yīng)。或者選用其 他電路拓?fù)?。五、不要將變換器的重要元件的參數(shù)選得接近分布參數(shù)；具 體來說，電阻不要太大，電容器和電感器不要太小。（1）許多反激式開關(guān)電源都有一個振蕩頻率，由IC芯片提供 ，如UC3842，由RC決定，當(dāng)把R選擇太大，C太小時，就 易使穩(wěn)定性特別差；如電容C小得接近分布參數(shù)，也就是 說 取掉該電容由線路板及其它元件間的分布參數(shù)而形成 的容值都和所選的電容容值差不多；或者所選電阻太大以 至于線路板上的漏電流所等效的阻值都和所選的電阻大小 差不多；這將 造成工作不穩(wěn)定，如溫度或濕度變化時其 分布參數(shù)也跟著變 化，嚴(yán)重影響振蕩的穩(wěn)定性。R一般 不要大于1M歐，C一般不 要小于22PF。（2）反激式開關(guān)電源的輸出功率如下式：（DCM） 注意:由于筆誤,應(yīng)為:U2=U*U,D2=D*D 由（2）式可知： 在電流斷續(xù)模式時，當(dāng)電壓和頻率固定的情況下，輸出功 率和變壓器的初級電感成反比。即要增加功率就要減小初 級繞組的電感量。反激式開關(guān)變壓器的特殊性：當(dāng)開關(guān)管 導(dǎo)通時變壓器相當(dāng)于僅有初級繞組的一個帶磁芯的電感器 ，當(dāng)這個電感器小到一定值時就不可太小了，當(dāng)小至和分 布電感值差不多時，這樣變壓器的參數(shù)就沒有一致性，工 作穩(wěn)定性差，可能分布參數(shù)的變化都會使整個電感值變化 一少半，電路的可靠性就無從談起。初級電感值至少應(yīng)是 分布電感的10倍以上。（3）同樣道理，磁芯的氣隙也不可選的太少，太小的話，磁 芯稍微的變動（如熱脹冷縮）對氣隙來說都顯得占的比例 很大，這樣的變壓器就無一致性可言，更無法批量生產(chǎn)。六、反激式變換器的輸出濾波電容比起其它拓?fù)湫问降碾娐?所受的沖擊更大,它的選擇好壞對整個電源的性能及壽命 有舉足輕重的作用。選擇時，一般是按紋波電壓要求初 選電容值，用電容的額定紋波電流確定電容值，這樣比 較安全穩(wěn)妥。當(dāng)然，耐壓值和溫度等級也要足夠。七、降低損耗，遏制溫升，提高效率，延長壽命 開關(guān)電源內(nèi)部的損耗主要分四個方面：（1）開關(guān)損耗 如：功率開關(guān)，驅(qū)動；（2）導(dǎo)通損耗 如：輸出整流器，電解電容中電阻損耗；（3）附加損耗 如：控制IC，反饋電路，啟動電路，驅(qū)動電 路；（4）電阻損耗 如：預(yù)加負(fù)載等； 在反激式開關(guān)電源中，功率開關(guān)和驅(qū)動以及輸出整流部 分占損耗的90多，磁性元件占5，其它占5； 損耗 直接影響效率，更影響電源的穩(wěn)定性和工作壽命。損耗 都以發(fā)熱而表現(xiàn)出來，晶體管和電容和磁性元件都對溫 度很敏感；下面看一下溫度的影響：（1）溫度每升高10，電解電容的壽命就會減半（2）在高溫和反向電壓接近額定值時，肖特基二極管的漏電 很嚴(yán)重，就像陰陽極通路一樣；（3）通用磁性材料，從25到100飽和磁感應(yīng)強度下降30 左右；在這里，磁性材料的損耗雖然說占比例很小但是它 對整個開關(guān)電源的影響非常大。比如在正常工作時，設(shè)計 的最大磁通密度偏大，由于溫升的原因?qū)⑹癸柡痛鸥袘?yīng)強 度下降，再加上反饋回路的延遲效應(yīng)而使導(dǎo)通時間加長， 極易使磁芯飽和，瞬間開關(guān)管損壞。在此設(shè)計時，最好保 證銅耗接近于磁耗，初級繞組的銅耗接近于次級繞組的銅 耗以達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計防止磁芯過渡溫升。（4）MOSFET管，每升高25，柵極閥值電壓下降5；MOSFET 管的最大節(jié)點溫度時150，節(jié)點溫度的理想值為105， 最高不要超過125；MOSFET管,Rds隨溫度的升高而增大.（5）雙極型晶體管，隨溫度的升高，Vce而減小，在環(huán)境溫度 較高或接近最高結(jié)溫時，晶體管的實際最高耐壓會有所下 降，并且漏電流會更進一步增加，很易造成熱損耗。所以 ，在設(shè)計時，盡可能降低元件本身損耗而造成的溫升，也 要注意遠(yuǎn)離熱源，不因外界原因而造成溫升。更要優(yōu)化設(shè) 計減小損耗，提高效率，延長元器件及整個電源的工作壽 命。反激式開關(guān)電源設(shè)計的思考五常用公式的理解字體大?。捍?| 中 | 小 2007-03-28 11:57 - 閱讀：3136 - 評論：12 反激式開關(guān)電源設(shè)計的思考五 常用公式的理解 王佰營 徐麗紅 在反激式開關(guān)電源設(shè)計之前，我們必須對要用到的公式有所了解，這樣不至于造成不管公式適用條件如何，拿來就用，以致看似合理實則差之遠(yuǎn)矣。下面將在反激式開關(guān)電源設(shè)計中常用的公式分析如下： 再講電源設(shè)計用公式前先看一看一些基本的知識。一、基本知識1.磁場的產(chǎn)生：磁場是由運動電荷產(chǎn)生的，變壓器磁芯中的磁場是由繞組中的傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，磁鐵的磁場是由“分子電流”產(chǎn)生。2.右手定則右手定則用于判斷通電螺線管的磁極（N極S極，或者說磁力線的方向），用右手握住螺線管，彎曲的四指沿電流回繞方向?qū)⒛粗干熘保@時拇指指向螺線管的N極或者磁力線的方向。3.磁感應(yīng)強度B磁場是由運動電荷產(chǎn)生的，同時，運動的電荷在磁場中又會受到力的作用。由此，人們通過在磁場中運動的電荷所受磁場力的大小來反映磁場的強弱；讓不同電量（q0）的電荷，在垂直磁場的方向以不同的速度運動，該電荷就會受力，雖然電荷在各點受磁場力的大小不同，但是力與電荷量以及速度的比值在同一點卻是相同的，唯一的，這個值就反映了該點磁場的強弱。因此：B F q.v （1）該式的物理意義為：磁場中某點的磁感應(yīng)強度B的大小，在數(shù)值上等于單位正電荷，以單位速度沿垂直磁場方向運動時，所受力的大小。磁感應(yīng)強度的單位：4.磁通量磁場不僅有強弱還有方向，用磁力線能很好的表示磁感應(yīng)強度的方向，磁力線是一些圍繞電流的閉合線，沒有起點也沒有終點的曲線。把垂直穿過一個曲面的磁感應(yīng)線的條數(shù)稱為穿過該面的磁通量。用表示。也形象的將磁感應(yīng)強度稱為磁通密度，兩者關(guān)系如下：BS （2）磁通的單位：1Tm2 = 1Wb（韋伯）5.磁場強度H既然點電荷之間的相互作用服從庫侖定律，那么，庫侖認(rèn)為點磁荷也應(yīng)有類似的定律。此式為磁的庫侖定律；既然電場強弱可通過點電荷去測量，那么磁場的強弱也就可用點磁荷來測量，類似的，把點磁荷放在磁場中，根據(jù)其受力的大小就可反映該點磁場的強弱，因此就引入了磁場強度的物理量HH Fqm0 (4)該式中F是試探點磁荷qm0在磁場某點所受的力，該式的物理意義：磁場中某點的磁場強度H的大小在數(shù)值上等于單位磁荷在該點所受到的磁場力的大小。6.安培環(huán)路定理磁感應(yīng)線是套連在閉合載流回路上的閉合線，若取磁感應(yīng)強度沿磁感應(yīng)線的環(huán)路積分，則磁感應(yīng)強度沿任何閉合環(huán)路L的線積分，等于穿過這個環(huán)路所有電流的代數(shù)和的0倍。(L)Bdl =0I （5）在有磁介質(zhì)時，安培環(huán)路定律表示為：LBdl =0（I Is） （6）(6)式中：Is為磁化電流 I 傳導(dǎo)電流介質(zhì)內(nèi)任何曲面S的磁化電流強度 Is為Is LM dl （7）（7）式中，M為磁化強度，在數(shù)值上等于磁化面電流密度代（7）式入（6）式得：LBdl =0（I LM dl）或：L（ M）dl =I令：H M則：LHdl =I （8）（8）式表示：磁場強度沿任一閉合路徑的線積分只與傳導(dǎo)電流有關(guān)。也說明傳導(dǎo)電流確定以后，不論磁場中放進什么樣的磁介質(zhì)，也不論磁介質(zhì)放在何處，磁場強度的線積分都只與傳導(dǎo)電流有關(guān)。因而，引入磁場強度H這個物理量后，就可繞過磁介質(zhì)磁化，磁化電流等不方便測量、處理等一系列問題，而可方便的從宏觀上處理磁介質(zhì)的存在時的磁場問題。7.磁感應(yīng)強度B和磁場強度H的關(guān)系磁感應(yīng)強度和磁場強度都是反映磁場強弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強度是根據(jù)在磁場中垂直運動的電荷受力這個特點出發(fā)，通過運動電荷在磁場中受力大小及方向反映磁場的強弱及方向的。磁場強度是根據(jù)兩個磁荷間總有作用力這個特點為出發(fā)點，通過在磁場中放探試點磁荷，根據(jù)點磁荷在該點受力大小和方向來反映磁場的強弱及方向的。也就是說，由于人們對磁的認(rèn)識的觀點不同而使對同一個物理現(xiàn)象用不同的物理量來描述的。在磁荷觀點中，為描述磁場的強弱而引入了磁場強度H，而磁感應(yīng)強度B是作為輔助量引入的；相反，在分子電流觀點中，為描述磁場的強弱而引入了磁感應(yīng)強度B，而磁場強度H時作為輔助量引入的。引入磁感應(yīng)強度和磁場強度都只是表示磁場在某點的強弱及大小，磁場是自然存在的，它在某點的大小和方向是客觀存在的，不會因為表示的方法不同而有所改變。由磁場強度H的定義式可知：上式中：0絕對磁導(dǎo)率 r相對磁導(dǎo)率 磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率8.法拉第電磁感應(yīng)定律穿過單匝導(dǎo)線回路的磁通量變化時，會在導(dǎo)體回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路磁通量的變化率d/ dt 成正比。K d/ dt （12）若全采用國際單位制，K1d/ dt當(dāng)為N匝導(dǎo)線組成的回路時N d/ dt （13） 法拉第電磁感應(yīng)定律表明，決定感應(yīng)電動勢大小的是磁通隨時間的變化率，而不是磁通量本身的大小，也就是說保持恒定大小的磁通量是不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的。9.自感系數(shù)L對于密繞N匝的線圈，電流I在各匝線圈中產(chǎn)生的磁通基本相同，線圈產(chǎn)生的自感電動勢為：（14）式說明了自感電動勢與自感磁鏈的關(guān)系，而自感磁鏈與線圈中的電流成正比：L I （15）式中，系數(shù)L稱為自感系數(shù)，I與均為由方向性的物理量，在合適的符號規(guī)定下，可保證自感磁鏈與電流同時為正或同時為負(fù)，因而保證自感系數(shù)恒為正。代（15）入（14）得：由該式可知，自感系數(shù)L在數(shù)值上等于單位電流引起的自感磁鏈，但是自感系數(shù)就象電阻器的電阻一樣，是該器件本身的一種屬性，是自然存在的，和是否有電流流過以及電流大小都無關(guān)，它只決定于線圈本身的大小，形狀以及周圍介質(zhì)等因素。10.有效值，平均值（以電流為例）11.次級有效值，平均值（以電流為例）二、開關(guān)電源設(shè)計部分相關(guān)公式：1.變比匝數(shù)比：NN Np / Ns (20)但是在設(shè)計變壓器之前并不知道初次級線匝匝數(shù)，匝數(shù)比的確定很大程度上取決于開關(guān)管的耐壓值，由于輸入最高直流電壓，變壓器的漏感和反射電壓一起確定了開關(guān)管在截止瞬間所要承受的最大的電壓值，其中反射電壓是由輸出電壓和變比確定的，若開關(guān)管所能承受的最大電壓為Vm，那么：Vm = Uinmax + N(V0+Vd) + Vpk + Vy (21)式中：Uinmax為最大直流輸入電壓 Vo 輸出電壓 Vd輸出二極管管壓降 Vp漏感所產(chǎn)生的尖峰電壓 Vy安全電壓裕量 其中，漏感電壓可通過變壓器制作工藝和增加阻容吸收電路來抑制；可見，改變匝數(shù)比能控制開關(guān)管的威脅，對于220或380電網(wǎng)來說，開關(guān)管的耐壓已不成問題，在設(shè)計中常常根據(jù)反射電壓直接確定匝數(shù)比； VoR = N(VO+VD) (22) 220V交流電壓時，VoR常取150V左右 380V交流電壓時，VoR常取200V左右 可根據(jù)具體情況調(diào)整即可。2.初級匝數(shù)：Np根據(jù)電磁感應(yīng)定律首先確定B，B的選擇保證變壓器正常工作時不會飽和，一般主要根據(jù)磁性材料和開關(guān)電源頻率決定，磁材確定Bs，開關(guān)頻率影響磁耗，磁耗過大，磁芯溫升越高，一般磁芯從25到100，Bs下降30，因此開關(guān)頻率越高，B占Bs的比例越小，以下是一個資料的建議： 頻率f 最大工作磁通密度 50kHz 0.5Bs 100 kHz 0.4Bs 500kHz 0.25Bs 1M kHz 0.1Bs可見，此式是在開關(guān)管導(dǎo)通時間時保證磁芯不飽和的情況下選擇初級匝數(shù)，即由B去確定Np3.初級電感量:Lp由自感系數(shù)的定義可知：要計算電感必須知道初級電流Ip4.初級峰值電流:Ip反激式開關(guān)電流在開關(guān)管導(dǎo)通時變壓器就像是僅有一個初級線圈的電感器，輸入的能量由初級線圈轉(zhuǎn)化為磁場能存入磁芯和氣隙中?？梢?，在最低輸入電壓時保證輸出功率的情況下選擇最大Ip。5.匝數(shù)N，反射電壓Vor和最大占空比Dm在功率開關(guān)管導(dǎo)通期間，開關(guān)變壓器的磁芯磁通隨初級繞組電流Ip的增大而增大；在功率磁開關(guān)管截止期間，磁通隨次級繞組電流減小而減??；設(shè)磁通的最小值為min，在磁化電流臨界狀態(tài)和不連續(xù)狀態(tài)下，最小磁通min對應(yīng)于剩余磁感應(yīng)強度的磁通是一個確定值。假若在每個工作周期結(jié)束時，磁通沒有回到周期開始時的出發(fā)點，則磁通將隨周期地重復(fù)而逐漸增加，工作點也將不斷上升，使得電流增大，磁芯飽和，當(dāng)磁芯飽和時如下曲線S處：此時，隨著H的變化，即i的變化，d/dt = 0,也即，Nd/ dt0開關(guān)管所承受的電壓為：Uin+IxRp=UinNd/ dtIxRpUin0IxRpUinUin直接加于開關(guān)管上，開關(guān)管會瞬間損壞。為了不至于發(fā)生這種損壞功率開關(guān)管的現(xiàn)象，每個周期結(jié)束時工作磁通必須回到原來的初始位置，這就是磁通的復(fù)位原則。UNd/ dt，故可得：d 1NUdt對于反激式開關(guān)電源來說，在功率管處于導(dǎo)通期間：d 1NpUiTon在功率管處于截止期間：d 1NsUoTr在功率管導(dǎo)通期間磁通量的增加量d導(dǎo)通應(yīng)該等于在功率管截止期間磁通量的減少量d截止，即：工作在磁化電流連續(xù)狀態(tài)下的單管反激式型直流變換器的輸出電壓Uo取決于功率開關(guān)變壓器初次級繞組的匝數(shù)比，功率開關(guān)導(dǎo)通時間Ton與截止時間Toff之比和輸入電壓Ui的高低，而與負(fù)載電阻R無關(guān)。（30）式為反激式開關(guān)電源計算最大占空比的一個重要公式，該式是由磁復(fù)位的條件而推出，即開關(guān)管導(dǎo)通時的伏秒積與次級二極管導(dǎo)通時的伏秒積應(yīng)相等。反激式開關(guān)電源設(shè)計的思考六變壓器設(shè)計實例 徐麗紅 王佰營 已知條件： 輸入電壓：DC:380V700V 輸出電壓： 1) 5V0.5A 2) 12V0.5A 3) 24V0.3A PWM控制論芯片選用UC2842， 開關(guān)頻率：50KHz 效率： 80 取樣電壓用12V，5V用7-8V電壓通過低壓差三端穩(wěn)壓塊得到； 算得Po50.5+120.5+240.3=15.7 W 計算步驟： 1、確定變比N NNpNs VoR = N(VO+VD) NVoR(VO+VD) VoR取210V N210(12+1)16.1 取16 2.計算最大占空比Dmax 3、選擇磁芯 計劃選擇EE型磁芯，因此B為0.2T，電流密度J取4A/mm2 Ap = AwAe = 6500P0 / (BJf) 2.51103 （mm4） 通過查南通華興磁性材料有限公司EE型磁芯參數(shù)知 通過上面計算,考慮到還有反饋繞組，要留有一定余量，最終選擇EE25磁芯 EE25磁芯的Ae42.2mm2=4.22X10-3m2 4、計算初級匝數(shù)Np 5、初級峰值電流:Ip （有2因為是DCM模式） 6、初級電感量L 7、次級匝數(shù) 1) 、12V取樣繞組Ns： NsNp/N 25016 15.625 取16匝 2）、計算每匝電壓數(shù)Te： Te（UoUd）Ns （121）16 0.8125 3）、7.5V匝數(shù)： N7.5VUTe （7.50.5）0.8125 9.84取10匝 4）、24V匝數(shù) N24VUTe （241）0.8125 30.7取31匝 5）、輔助繞組15V N15VU/Te （151）0.8125 19.7取20匝 8、計算初級線徑： 1）、計算電流有效值I 2）、計算線徑d（？） 9、計算次級12V5V線徑： 1）、計算電流有效值I（0.8？） 2）、計算線徑d 10、計算次級24V線徑： 1）、計算電流有效值I 2）、計算線徑d 通過計算線徑選擇如下： 初級用0.18mm線繞； 12V和5V繞組用0.27mm的線雙線并繞； 24V繞組用0.21mm線雙線并繞； 輔助繞組15V用0.21mm線繞。=單端自激式(RCC)反激開關(guān)電源的簡單調(diào)試 徐麗紅 王佰營 單端自激式(RCC)反激開關(guān)電源雖然效率低、調(diào)試麻煩，但是，它電路簡單，更可貴的是具有“自我保護能力”-當(dāng)輸出過重或短路時，可自動進入間歇振蕩保護模式并且嘯叫“提醒”用戶，而保護自己不被破壞。因此，單端自激式(RCC)開關(guān)電源一直也受到重視并廣泛使用。關(guān)于單端自激式(RCC)反激開關(guān)電源的原理非常簡單，就不贅述；但是該電路調(diào)試比較困難，這里以下圖為例，簡要說明其調(diào)試步驟及項目. 調(diào)試用設(shè)備：1、調(diào)壓器2、示波器3、萬用表4、其他（功率電阻，電位器，電容，電阻等等）調(diào)式步驟及項目：1、PCB及焊接情況檢查檢測輸入輸出有無短路，元件極性是否正確，有無觸碰等；2、振蕩調(diào)試輸出接一半負(fù)載，將輸入電壓慢慢調(diào)高，將示波器探頭靠近變壓器，看是否振蕩。通常幾十伏（因負(fù)載而異）就可聽到振蕩的吱吱聲；若已到滿電壓仍然無振蕩，說明