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        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率

        發布時間:2015-02-27 責任編輯:echolady

        【導讀】上一篇文章講述了關于MOS管如何使反激電源達到90%的效率,本文從變壓器入手,詳解了變壓器的設計,以及對反激電源效率的作用。本文由資深達人整理的反激電源設計經驗,希望能夠對大家有所幫助。

        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
         圖1

        如圖1所示,打開PExprt,輸入我們要設計的參數,先看看情況。然后調整好砸比和紋波率,看下CCM模式次級電流峰值。

        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖2
        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖3
         
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        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖4
        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖5
        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖6
        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖7
         
        根據上面對算出來的變壓器來看,0.5厚度的銅帶都需要9層,這個變壓器銅損才能確保在一個低損耗狀態,整個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。所以,單個變壓器的方案在這個階段已經反映出來實行難度很高了,現在判定初期階段的方案失效,要實現這個參數,就要開始修改方案。
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        現在目前準備用兩種方案同步設計下:

        1、雙端反激式,每個變壓器輸出20A,同步整流。

        2、雙端反激式,每端初級串聯,次級獨立輸出各10A,這個方法要評估初級串聯的平衡性,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。

        變壓器如何發力,使反激電源達到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,現在另起新樓,開始來說說這個5V40A的變壓器。

        首先這個產品就是要選定一個合適的頻率,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,開關損耗等又不得不考慮。所以從90年代開始,主流開關電源都停留在幾十K的頻率范圍,現在電源都在拼效率,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,占空比也設為100%相同。對于變壓器傳遞的功率=1/2UIt。

        現在建立一個幾何圖形:
        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖9
         
        因變壓器uJ=1/2UIt(1/2表達了能量是一個線性斜率增長)I=2uJ/Ut從這里可以看出來當斜率線性增長的時候電壓不變,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,假設占空比100%(實際電源穩態不會出現,省去占空比換算)則看出斜率如下圖。

        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率
        圖10
         
        從上圖可以看出,頻率越低,電流斜率越小。

        從前一節仿真磁芯已經得出,斜率越陡峭,剩磁越高,實際上肌膚效應也是如此。但是這里指考慮到電流,不同頻率下的變壓器燒制匝數不一樣,匝數一樣的氣隙就不一樣。
        根據這個公式,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N,當改變匝數N的時候引起安匝數變化,就引起磁通量變化而需要更大的磁芯。

        變壓器如何發力,使反激電源達到90%效率

        根據這個公式,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N,當改變匝數N的時候引起安匝數變化,就引起磁通量變化而需要更大的磁芯。

        關于頻率變化引起的變化總結出兩點:

        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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