高频变压器的设计(hao).ppt
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高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器,大大减小了逆变器的体积和重量。
在高频链的硬件电路设计中,高频变压器是重要的一环。
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。
开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。
磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。
磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。
高的电阻率,则涡流小,铁耗小。
铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。
高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。
注意:1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。
2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。
同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。
对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。
单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件,鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性,为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法,可供高频变压器设计人员参考。
单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。
在1994~2001年,国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品,现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。
5高频率的功率变压器THE HIGH-FREQUENCY POWER TRANSFORMER5-0概论(INTRODUCTION)很多科学家认为磁性元件的设计是一种“高深的技术”,其实这乃是一种最重的错误观念。
磁性元件的设计乃为精密的科学,而那些所有正确的基本电磁定律,乃由以前的科学家们所研究发展出来,如Maxwell, Ampere , Oersted ,与Gauss等人。
本章主要目的就是介绍基本的磁学定律,而且为了实际的电磁元件设计,如线圈与变压器,我们将以简单的,合逻辑的,有条理的方式来深入浅出介绍磁性与电性之间存在的关系。
5-1电磁的原理(PRINCIPLES OF ELECTROMAONETISM)考虑如图5-1所示的简单电路,此由电压源V,开关S与负载L,组成一个空气线圈(air coil)的电路,如果在某些情况下,开关S被关闭(closed),则会有电流I产生经由线上流至负载,当电流通过线圈时,就会有磁场被建立起来,如图中所示,连接于线圈之间所产生的磁场,此乃为称之为磁通量(flux),而磁场中的磁力线可称之为磁通链(flux linkages)。
图5-1流经空气线圈的电流I会有磁通量的产生图5-2 铁磁材料棒置于线圈之内会产生较多或较强的磁通量然而,在此线圈中的磁通量并不会很大,如果我们在线圈中加入磁性材料(铁磁材料)棒,则会有额外的磁场被感应产生,因此,也就会有更多的磁通量被产生,如图5-2所示。
而磁通链将沿着磁棒前进,并经由空气传导路径形成一回路,如果铁磁铁心(ferromagnetic core )以此种方式构成并取代了磁棒,则磁通就会呈现一连续的路径,且磁场将形成于铁心之内,因此所感应的磁场就会较强大,如图5-3所示。
图5-3 连续的铁磁性铁心会限制所有的磁通量于铁心内并有很强的磁场产生在磁场上某一点所测量的磁通聚集程度,我们称之为磁通量密度(magnetic flux density )或是磁感应(magnetic induction),以符号B 来表示。
高频变压器设计单端反激式开关电源中,高频变压器的设计是设计的核心。
高频变压器的磁芯一般用锰锌铁氧体,EE 型和EI 型,近年来,我国引进仿制了汤姆逊和TDK 公司技术开发出PC30,PC40高磁导率,高密度几个品种。
一、 计算公式单端反激式开关电源是以电感储能方式工作,反激式公式推导: 首先要计算出整流后的输入电压的最大值和最小值,如交流输入电压AC V (160~242V ),窄限范围;AC V (85~265V ),宽限范围。
整流后直流电压DC V =1.4*AC V (224~338V )窄限范围;DC V =1.4AC V (119~371V ),宽限范围。
整流后直流纹波电压和整流桥压降一般取20V ,和滤波电容有关。
(1)初级峰值电流p I集电极电压上升率p in p cI V L t = (c t 电流从0上升到集电极电流峰值作用时间)取max1c ft D =min max**p p in L I f V D =公式中,min in V : 是最低直流输入电压,V ; p L :变压器初级电感量,H ;f :开关频率,Hz ;输出功率等于存储在每个周期内的能量乘以工作频率。
21***2out p p P L I f =经进一步简化,就可以得到变压器初级电流峰值为min max2**outp c in P I I V D ==(2)初级电感量p L因为电感量*V S H I =(max D S f= ;1V*1S1mH=1A ) min max p L *in p V D I f=(3)关于最小占空比min D 和最大占空比max D最小占空比和最大占空比的设计可根据输入电压变化范围和负载情况合理决定,在输入电压比较高的情况下,如400VDC ,max D 可选0.25以下;在输入电压比较低的情况下,如110VDC , max D 可选0.45以下;max minin in V K V =;maxmin max max (1)*D D D K D =-+(4)磁芯的选择磁芯输出功率和磁芯截面积的经验关系式为(0.1~e A ≈对于磁芯EI16~EI40,系数一般按0.1~0.15计算。
高频变压器设计———领料———工程图及作业指导书确认———一次侧绕线———一次侧绝缘———二次侧绕线———二次侧绝缘———焊锡———铁粉芯研磨———铁粉芯组装———加工铜箔———半成品测试T1———电感值测试———漏电感值测试———直流电阻测试———相位测试———圈数比测试———高压绝缘测试———凡立水处理(真空含浸) ———阴乾处理———烤箱烤乾处理———加包外围胶带———整脚处理———切脚处理———贴危险标签及料号标签———外观处理———成品电气测试T——电感值测试——漏电感值测试——相位测试——圈数比测试——高压绝缘测———QA至终检区——尺寸外观检查电气测试装箱———入库2.低频变压器制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———一次侧绕线———一次侧绝缘———二次侧绕线———二次侧绝缘———引线组装及焊锡———半成品断线测试T1 ———线架组装及矽钢片组装———矽钢片补片敲平———铁带组装———半成品测试T2电压测试电流测试高压绝缘测试———凡立水处理(真空含浸) ———阴乾处理———烤箱烤乾处理———加包外围胶带———整脚处理———切脚处理———贴危险标签及料号标签———外观处理———成品电气测试T3电压测试电流测试高压绝缘测试———QA至终检区--—尺寸外观检查电气测试装箱———入库3.圆盘制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———铁芯加工———固定铁芯———绕线———固定———上线盘———刷凡立水———阴乾———剪线———剥漆———上套管,端子———焊锡———外观———贴标签———包装———入库4.ADAPTOR制作流程图.———领料———工作指令及作业指导书确认———插件———焊锡———切脚———补焊———焊DC CORD ———剪DC线头———清理PCB板———折PCB板———PCB板测试T1 ———焊次级至PCB ———焊初级至AC PIN ———半成品电气测试T2 ———组装CASE ———超音波封壳———成品电气测试T3———贴铭板———尺寸外观检查———装箱———FQC检验———入库5. T CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———裁线———钩线———上底座———压脚.整脚———焊锡———半成品测试T1 ———含浸处理———阴乾处理———烘烤处理———冷却处理———剪脚———外观———成品测试T2 ———包装———FQC检验———入库6. R CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———卷线———焊锡———上铁芯(点A.B胶) ———烤胶———上套管(或含浸处理)———烘烤套管(或烤乾凡立水) ———切脚———外观———测试T1 ———包装———FQC检验———入库7. DR CORE线圈制作流程图.———领料———工程图确认及作业指导书———绕线———理线压脚———焊锡———上套管———烘烤套管———切脚———外观———测试T1 ———包装———FQC检验———入库高频变压器设计高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器,大大减小了逆变器的体积和重量。
高频变压器设计
设计高频变压器需要考虑以下几个方面:
1. 选择合适的磁性材料:高频变压器需要使用高效的磁性材料,如铁氧体材料或软磁合金材料。
这些材料能够有效地吸收和传导高频电磁场。
2. 选择合适的线圈和绕组设计:高频变压器的线圈和绕组需要采用低电阻、低损耗的材料,并且绕组需要紧密结合,以减小电流的涡流损耗。
3. 根据设计要求确定变压器的参数:根据设计要求,确定变压器的输入电压、输出电压、功率等参数,以及变压器的工作频率,从而确定变压器的结构和尺寸。
4. 进行磁路设计:根据变压器的磁路特性,设计合适的磁路结构,包括铁芯的形状和尺寸,以及绕组的位置和布局。
5. 进行磁路和电路的仿真和优化:使用电磁仿真软件,对变压器的磁路和电路进行仿真和优化,以改善变压器的性能。
6. 进行变压器的制造和组装:根据设计要求,制造和组装变压器,包括绕线、绝缘、封装等步骤。
同时,对制造过程进行严格的控制和测试,以保证变压器的质量和性能。
7. 进行变压器的测试和调试:对制造好的变压器进行测试和调试,包括输出电压和功率的测试,以及变压器的效率和稳定性等性能的评估。
总之,设计高频变压器需要综合考虑磁性材料、线圈和绕组、磁路结构、电路仿真和优化等多个因素,以满足设计要求并提高变压器的性能。
高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器,大大减小了逆变器的体积和重量。
在高频链的硬件电路设计中,高频变压器是重要的一环。
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。
开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。
磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。
磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。
高的电阻率,则涡流小,铁耗小。
铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。
高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。
注意:1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。
2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。
同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。
对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。
单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件,鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性,为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法,可供高频变压器设计人员参考。
单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。
在1994~2001年,国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品,现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。