反激变换器原理与设计

1、 CP-HW开发部 贺文涛一.反激变换器的拓扑分析二.反激变换器的基本工作原理三.反激变换器的主功率器件设计四.变压器设计中几个概念的探讨五.输入滤波器中几个概念的简单介绍 (a)是降压变换器；(b)是升压变换器（一般不超过5倍)； (c)是升降压变换器； (d)是隔离的升降压变换器；BUCKBOST变换器：既可以升压也可以降压!太阳能LED照明灯一种应用电路BUCK-BOST变换器应用举例:希望大家能理解:Flyback变换器的特点：1.具有隔离功能的BUCKBOST变换器2.既可以升压也可以降压16V-100V输入24V输出(一)反激变换器的工作过程:(二)反激变压器的气隙问题(三)反激变

2、换器的假负载问题:(四)反激变换器的占空比问题:开通关断1.开通: 把能量存储在磁芯和气隙里2.关断: 把存储在磁芯和气隙里能量通过次级绕组释放给负载 (一)反激变换器的工作过程:202eecrB L AE 202gegB L AE0(二)反激变换器的气隙问题现在我们假设存在气隙,则存储在磁芯中的能量:存储在气隙中的能量:真空磁导率r相对磁导率Lg 气隙长度反激变换器的能量究竟是存在气隙里还是磁芯里?ergcgLLEE磁芯存储能量气隙存储能量相对磁导率为2000气隙长度为1mm,磁路长度为100mm,的磁环假设有一个变压器假设有一个变压器:12010020001ergcgLLEE磁芯存储能量气

3、隙存储能量结论: 反激变换器决大部分能量存储在气隙里.磁路和电路的相似性去理解磁路.1.如果把气隙继续加大,那么存储的能量是否一直加大?2.反激变换器为什么要加气隙?3.如果不加气隙反激变换器能工作吗?思考题:漏掉的太多啦漏掉的太多啦!储能啊!举例:1.不加气隙2.正激变换器加了气隙(三)反激变换器的假负载问题:反激变换器如果没有负载,会出现什么情况?炸!有时候我们看不到假负载,并不代表没有假负载,可能是利用电压采样电路代替假负载(四)反激变换器的占空比问题:一般情况下，反激变换器的占空比都做成小于50%，这样做的目的，可能是因为反激功率比小，做成电流断续模式比较容易。但是我们应该明白，反激变

4、换器的占空比可以大于50%，从理论上说，只要满足伏秒平衡既可。小于50%:大于50%:举例：MPW1500-48A就把反激做成70%。1.功率变压器的设计2.功率MOS管的选择3.功率整流管的选择)1 (maxmax(min)DUDUNoutin2121NNUU(1)确定匝比NTUTUoffoutonin说明:最大占空比一般情况下我们设计为小于0.5;如果是刚学设计变压器,不妨设为0.5;匝比要保证在最低输入电压情况下能满载输出(2)磁芯的初步选择有经验的工程师:基本上一步选择到位,然后稍加调整既可.对于我们刚刚上手的兄弟们:我们可以通过查表,粗略的估计变压器的基本型号.wepkpBAILN1

5、11max12DUIUIinoutoutpk(3)确定原边匝数从公式可以看出,在确定原边匝数的时候,我们需要确定四个量.1.原边峰值电流2.原边电感3.磁芯截面积4.磁感应强度pkoninpITUL1(max)(min)1磁感应强度一般不超过0.3T.现在我们知道了:1.磁芯型号 2.原边匝数 3.副边匝数对于变压器设计来说:我们相当于完成了30%的任务.但是我们心里有底了!剩下的任务:1.确定原边线径大小2.确定副边线径大小3.确定气隙4.确定绕法5.计算损耗6.别忘了还有穿透深度的问题,选导线要注意功率MOS管选择的最主要参数:1.MOS管关断期间承受的最大关断电压2.MOS管开通时承受的

6、最大导通电流MOS管承受的最大关断电压 = 输入电压 + 输出电压 * 匝比MOS管承受的最大电流 = 变压器原边峰值电流注:这是理论计算数值,实际上比这高!1.功率整流管承受的最大反向关断电压2.功率整流管承受的最大导通电流最大反向关断电压 = 输入电压/匝比 + 输出电压最大电流 = 变压器副边峰值电流=原边峰值电流 * 匝比注:这是理论计算数值,实际上比这高!(一).伏秒平衡原理的理解(二).铁损=铜损的讨论(三).导线的的电密一般取为2A/mm2-4A/mm2 法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律： dUNdt()d BSUNdtdBBUNSNSdtTUTBNS可以推出：可以推出：U

7、TBNS 对于反激变换器而言：对于反激变换器而言：Q导通期间：磁芯正向磁化导通期间：磁芯正向磁化inonpUTBN S Q关断期间：磁芯反向磁化关断期间：磁芯反向磁化ooffsUTBN S 正向磁化等于反向磁化正向磁化等于反向磁化 ooffinonpsUTUTNNUTBNSooffinonpsUTUTNN伏秒伏秒结论:原边原边伏秒积伏秒积副边副边伏秒积伏秒积每匝每匝每匝每匝伏秒平衡伏秒平衡就是磁心就是磁心正向磁化正向磁化等于等于反向磁化反向磁化，也就是磁平衡。，也就是磁平衡。反过来看：反过来看：“铁损铁损=铜损铜损”的来源的来源:工频变压器设计中： 1.绕组较多 2.绕组占面积大在开关电源高频

8、变压器设计中，确定优化设计有很多因素，而“铁损=铜损”其实是最少受关注的一个方面。 在高频变压器的设计中，铁损和铜损可以相差较大，有时两者差别甚至可以达到一个数量级之大，但这并不代表该高频变压器设计不好。高频变压器设计中: 采用非常细的漆包线作为绕组. 这一经验法则并不成立。举例：凌太华的项目 工频变压器优化设计经验结论结论: 1.优化设计与绕组电流密度大小并没有关系。 2.这样的取的目的是为了简化计算,但并不是最优导线的优化设计要点导线的优化设计要点:1.绕组中有多少损耗，2.散热措施是否足够保证温升在允许的范围之内.第一种情况第一种情况: 真空散热时,电密要取的很小.第二种情况第二种情况:

9、 油浸散热时,电密可以取的很大.举例:在开关电源的实际研制中:我们并不关心电流密度是多大，而关心的只是线包有多热？温升和损耗是否可以接受？1.X电容2.Y电容3.共模电感4.差摸电感开关电源数字视频设备传导 辐射150KHz-30MHz 30MHz-1GHzfV电磁波的波长与频率的关系式:当频率 f=30MHz的时候,电磁波的波长正好是10m.此时我们的电源线还不足一个波长,向空中辐射的效率很低,噪声主要从导线上跑了.2.当频率大于30MHz时:电磁波的波长越来越短,噪声主要以空间辐射为主了.1.当频率大于30MHz时:1.传导测试的频率为:150KHz-30MHz 2.辐射为30MHz-1GHz因此得出:共模噪声:共模噪声存在于L与PE之间和N与PE之间,大小相等,相位相同.差模噪声:差模噪声存在于L与N之间,大小相等,相位相差180度.共模噪声通路:Lcm1CyPELcm2CyPE输入输出共模电感差模电感差模电感安规电容根据使用场合的不同有不同的电压等级，X电容的电压等级情况见下表：安规电容安全等级应用中允许的峰值脉冲电压过电压等级（IEC664）应用场合耐压测试中施加峰值脉冲电压 UpX12.5kV4.0kV高峰值脉冲电压当CR1.0uF，Up=4.0kV；当CR1uF，Up=4/CR1/2 kV.X22.5kV普通当CR1.0uF，Up=2.5kV；当CR1