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變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率

發(fā)布時(shí)間:2015-02-27 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】上一篇文章講述了關(guān)于MOS管如何使反激電源達(dá)到90%的效率,本文從變壓器入手,詳解了變壓器的設(shè)計(jì),以及對反激電源效率的作用。本文由資深達(dá)人整理的反激電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?

變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
 圖1

如圖1所示,打開PExprt,輸入我們要設(shè)計(jì)的參數(shù),先看看情況。然后調(diào)整好砸比和紋波率,看下CCM模式次級電流峰值。

變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖2
變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖3
 
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變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖4
變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖5
變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖6
變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖7
 
根據(jù)上面對算出來的變壓器來看,0.5厚度的銅帶都需要9層,這個(gè)變壓器銅損才能確保在一個(gè)低損耗狀態(tài),整個(gè)變壓器工藝難度太高,然后120A的峰值輸出對次級肖特基也是殘酷的考驗(yàn)。所以,單個(gè)變壓器的方案在這個(gè)階段已經(jīng)反映出來實(shí)行難度很高了,現(xiàn)在判定初期階段的方案失效,要實(shí)現(xiàn)這個(gè)參數(shù),就要開始修改方案。
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現(xiàn)在目前準(zhǔn)備用兩種方案同步設(shè)計(jì)下:

1、雙端反激式,每個(gè)變壓器輸出20A,同步整流。

2、雙端反激式,每端初級串聯(lián),次級獨(dú)立輸出各10A,這個(gè)方法要評估初級串聯(lián)的平衡性,肖特基輸出。

下面放出兩種方案的原理圖。

先來看第一個(gè)方案的簡易原理圖,這樣便于在saber中仿真評估。

變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖8
 
上面主要說的是磁芯的遲滯回線,以及方案失效原因,修改方案,現(xiàn)在另起新樓,開始來說說這個(gè)5V40A的變壓器。

首先這個(gè)產(chǎn)品就是要選定一個(gè)合適的頻率,頻率越高,磁芯就可以選的越小,輸出電容和電感也可以做小。但是隨之而來的EMC問題,開關(guān)損耗等又不得不考慮。所以從90年代開始,主流開關(guān)電源都停留在幾十K的頻率范圍,現(xiàn)在電源都在拼效率,壽命,功能,成本等。

既然要選頻率,就得說說頻率影響了電源中的什么:依然按照焦耳算法來解釋。

在不考慮損耗的情況下做理論分析:

一個(gè)電源的功率W,推算出沒微秒需要的傳遞的功率為uJ,200W的就200uJ。

對于不同頻率的變壓器,周期T,電感量L不同。每微秒傳遞的平均功率相同,占空比也設(shè)為100%相同。對于變壓器傳遞的功率=1/2UIt。

現(xiàn)在建立一個(gè)幾何圖形:
變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖9
 
因變壓器uJ=1/2UIt(1/2表達(dá)了能量是一個(gè)線性斜率增長)I=2uJ/Ut從這里可以看出來當(dāng)斜率線性增長的時(shí)候電壓不變,I是平均量的兩倍。所以=2I(幾何面積公式依然可以得的出來)。
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為了簡化分析,假設(shè)占空比100%(實(shí)際電源穩(wěn)態(tài)不會出現(xiàn),省去占空比換算)則看出斜率如下圖。

變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
圖10
 
從上圖可以看出,頻率越低,電流斜率越小。

從前一節(jié)仿真磁芯已經(jīng)得出,斜率越陡峭,剩磁越高,實(shí)際上肌膚效應(yīng)也是如此。但是這里指考慮到電流,不同頻率下的變壓器燒制匝數(shù)不一樣,匝數(shù)一樣的氣隙就不一樣。
根據(jù)這個(gè)公式,頻率越低的需要存儲的能量越多,頻率較低的變壓器要么加大氣隙,要么改變匝數(shù)N,當(dāng)改變匝數(shù)N的時(shí)候引起安匝數(shù)變化,就引起磁通量變化而需要更大的磁芯。

變壓器如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率

根據(jù)這個(gè)公式,頻率越低的需要存儲的能量越多,頻率較低的變壓器要么加大氣隙,要么改變匝數(shù)N,當(dāng)改變匝數(shù)N的時(shí)候引起安匝數(shù)變化,就引起磁通量變化而需要更大的磁芯。

關(guān)于頻率變化引起的變化總結(jié)出兩點(diǎn):

1、電流斜率不同,頻率低的斜率小,遲滯回線窄。
2、單次存儲能量不同,頻率低的需要存儲更多能量,需要更大的磁芯。

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