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        反激式變壓器磁芯的選擇


        來源:反激式變壓器     更新:2018-07-28     瀏覽:4598
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        單端反激式變壓器磁芯的選擇公式

             Ve =5555 * P / f

        式中:Ve——為磁芯的體積:Ve=Ae*Le;單位為:毫米立方;

             P——為輸入功率;單位為:瓦;

         f——為開關頻率;單位為:千赫茲;

        本公式假設:Bm=0.3T,  Lg/Le=0.5%=氣隙長度/磁芯等效長度;

        如果Lg/Le=氣隙長度/磁芯等效長度=1%時,又如何計算呢?(請考慮)

        輸出功率、磁芯截面積和開關頻率決定氣隙,因為在反激式開關電源中氣隙的體積大小決定儲能的多少,頻率決定能量傳輸的快慢;

        如:EI25Ve=2050mm³,Ae=42平方毫米,Le=49.4mm;f=40KHz;η=0.75;

        Lg= 0.005*49.4 = 0.247mm---氣隙長度

         Pin =Ve*F/5555 = 2050*40/5555 =14.76W;

         Pout =η*Pin= 0.75 * 14.76 = 11.07W;

        若:f=100KHz 則:

        Pout= 11.07W *(100/40) = 27.675W;

        反激式開關電源設計的思考一

              對一般變壓器而言,原邊繞組的電流由兩部分組成,一部分是負載電流分量,它的大小與副邊負載有關;當副邊電流加大時,原邊負載電流分量也增加,以抵消副邊電流的作用。另一部分是勵磁電流分量,主要產生主磁通,在空載運行和負載運行時,該勵磁分量均不變化。                  勵磁電流分量就如同抽水泵中必須保持有適量的水一樣,若抽水泵中無水,它就無法產生真空效應,大氣壓就無法將水壓上來,水泵就無法正常工作;只有給水泵中加適量的水,讓水泵排空,才可正常抽水。在整個抽水過程中,水泵中保持的水量又是不變的。這就是,勵磁電流在變壓器中必須存在,并且在整個工作過程中保持恒定。                  正激式變壓器和上述基本一樣,初級繞組的電流也由勵磁電流和負載電流兩部分組成;在初級繞組有電流的同時,次級繞組也有電流,初級負載電流分量去平衡次級電流,激勵電流分量會使磁芯沿磁滯回線移動。而初次級負載安匝數相互抵消,它們不會使磁芯沿磁滯回線來回移動,而勵磁電流占初級總電流很小一部分,一般不大于總電流10%,因此不會造成磁芯飽和。                  反激式變換器和以上所述大不相同,反激式變換器工作過程分兩步:      第一:開關管導通,母線通過初級繞組將電能轉換為磁能存儲起來;      第二:開關管關斷,存儲的磁能通過次級繞組給電容充電,同時給負載供電。                  可見,反激式變換器開關管導通時,次級繞組均沒構成回路,整個變壓器如同僅有一個初級繞組的帶磁芯的電感器一樣,此時僅有初級電流,轉換器沒有次級安匝數去抵消它。初級的全部電流用于磁芯沿磁滯回線移動,實現電能向磁能的轉換;這種情況極易使磁芯飽和。                 磁芯飽和時,很短的時間內極易使開關管損壞。因為當磁芯飽和時,磁感應強度基本不變,dB/dt近似為零,根據電磁感應定律,將不會產生自感電動勢去抵消母線電壓,初級繞組線圈的電阻很小,這樣母線電壓將幾乎全部加在開關管上,開關管會瞬時損壞。                  由上邊分析可知,反激式開關電源的設計,在保證輸出功率的前提下,首要解決的是磁芯飽和問題。如何解決磁芯飽和問題?磁場能量存于何處?將在下一篇文章:反激式開關電源變壓器設計的思考二中討論。

        反激式開關電源設計的思考二---氣隙的作用

         “反激式開關電源設計的思考一”文中,分析了反激式變換器的特殊性防止磁芯和的重要性,那么如何防止磁芯的飽和呢?大家知道增加氣隙可在相同ΔB的情況下,ΔIW的變化范圍擴大許多,為什么氣隙有此作用呢?由全電流定律可知:

         

                   由上例可知,同一個磁芯在電流不變的條件下,僅增加1mm氣隙,加氣隙的磁感強度僅為不加氣隙的磁感應強度的4.8%,看來效果相當明顯。   加了氣隙后,是否會影響輸出功率呢?換句話說,加了氣隙變壓器還能否儲原來那些能量呀?看一下下面的例子就知道了:在“思考一”一文中已討論過,當開關管導通時,次級繞組均不構成回路,此時,變壓器象是僅有一個初級繞組帶磁芯的電感器一樣,母線將次級需要的全部能量都存在這個電感器里。如下圖1就是一個有氣隙的電感器:

         

                     圖1表示一個磁芯長為lm,氣隙長為lg,截面積為Ae的磁芯,在其上繞N匝線圈,當輸入電壓為Ui時,輸入功率為Wi:

         

         6式右邊的積分為圖2中陰影部分面積A,即就是說:    磁場能量的大小等于磁化曲線b和縱軸所圍成的面積大小。圖1中,假定磁路各部分的面積相等,磁芯各部分的磁場強度為Hm,氣隙部分的磁場強度為Hg,由全電流定律得:

         

        11式右邊第一項是磁芯中的磁場能量,第二項是氣隙部分的磁場能量,分別用Wi和Wg表示;那么:

        圖3中,曲線m表示圖1電感器無氣隙時的磁化曲線,曲線g表示有氣隙時的磁化曲線。圖中,面積Am表示儲存在磁芯部分的磁場能量;面積Ag表示儲存在氣隙部分的磁場能量。

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