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开关电源中的高频磁元件设计

开关电源中的磁性元件

安森美半导体 Magnetics in Switched-Mode Power Supplies 开关电源中的磁性元件

Outline 纲要
Block Diagram of a Typical AC-DC Power Supply 一个典型的交流-直流电源的框图 Specification of the Power Supply 电源的技术规格 Key Magnetic Elements in a Power Supply 电源中的关键磁性元件 Review of Magnetic Concepts 磁概念的回顾 Magnetic Materials 磁性材料 Inductors and Transformers 电感和变压器 References 参考文献

Block Diagram of an AC-DC Power Supply 交流-直流电源框图
Input Filter 输入滤波器 Rectifier 整流器 PFC 功率因数
AC Input 交流 输入
Power Stage 原边电源
TransFormer 变压器
Output Circuits 输出电路
DC Outputs (to loads) 直流输出 (至负载)

Specifications (Abbreviated) 技术规格(精简版)
100-Watt Three-Output Power Supply 100瓦3输出电源
Input Voltage: 输入电压: Input Current: 输入电流: Input Harmonics: 输入谐波: Hold-up Time: 保持时间: Inrush Current: 浪涌电流: Outputs: 输出:
OUTPUT VOLTAGE (V) 输出电压(v) 5 3.3 12
90 – 264 Vac, 47-63 Hz 90-264V交流,47-63Hz 2 A maximum. 最大2A。 Meets IEC1000-3-2 A14 for all load conditions. 在所有负载条件下均符合IEC1000-3-2 A14。 20 ms minimum. 最少20ms。 40 A peak at 264 V (cold start) 在264V时40A峰值(冷启动)
OUTPUT CURRENT (A) 输出电流(v) MIN.最小值 MAX.最大值 1.5 10 0.3 5 0.3 3 TOTAL REGULATION 总调整率 2.0% 2.0% 2.0%
RIPPLE (mV pp) 纹波(mV pp) 50 50 100

高频开关电源的设计与实现资料

电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间:2016年6月25日至2016年6月27日

设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源:电压额定值220±10%,频率:50Hz; 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V; 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V); 三、设计要求 1.分析题目要求,提出2~3种电路结构,比较并确定主电路 结构和控制方案; 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图,并设置必要的 保护电路; 3.参数计算,选择主电路及保护电路元件参数; 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化; 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安,《电力电子技术》,机械工业出版社; 2.林渭勋等,《电力电子设备设计和应用手册》; 3.张占松、蔡宣三,《开关电源的原理与设计》,电子工业 出版社。

目录 一、总体设计 (1) 1.主电路的选型(方案设计) (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证(设计测试方案、存在的问题及解决方法) (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)

高频开关电源的设计55400

目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)

1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。

磁性元件设计概述(中)

开关电源中高频磁性元件设计常见 错误概念辨析 开关电源中高频磁性元件设计常见错误概念辨析 作者:吴云飞海南大学96届本科生现任赛尔康技术(深圳)有限公司电源开发工程师 很多电源工程师对开关电源中高频磁性元件的设计存在错误的概念,其设计出来的高频磁性元件不能满足应用场合的要求,影响了研发的进度和项目的按期完成。基于开关电源及高频磁性元件设计经验,对一些概念性错误进行了辨析,希望能给大家提供借鉴,顺利完成高频磁性元件的设计以及整个项目的研制。 关键词:开关电源;高频磁性元件;错误概念 1 引言 开关电源中高频磁性元件的设计对于电路的正常工作和各项性能指标的实现非常关键。加之高频磁性元件设计包括很多细节知识点,而这些细节内容很难被一本或几本所谓的“设计大全”一一罗列清楚[1-3]。为了优化设计高频磁性元件,必须根据应用场合,综合考虑多个设计变量,反复计算调整。正由于此,高频磁性元件设计一直是令初涉电源领域的设计人员头疼的难题,乃至是困扰有多年工作经验的电源工程师的问题。很多文献及相关技术资料给出的磁性元件设计方法或公式往往直接忽略了某些设计变量的影响,作了假设简化后得出一套公式;或者并未交代清楚公式的应用条件,甚至有些文献所传达的信息本身就不正确。很多电源设计者并没有意识到这一点,直接套用设计手册中的公式,或把设计手册中某些话断章取义,尊为“设计纲领”,而没有进行透彻的分析和思考,以及实验的验证。其结果往往是设计出来的高频磁性元件不能满足应用场合的要求,影响了研发的进度和项目的按期完成。为了使电源设计者在设计过程中,避免犯同样的错误,为此,我们针对在学习和研发中遇到的一些概念性的问题进行了总结,希望能给大家提供一个借鉴。 2 一些错误概念的辨析这里以小标题形式给出开关电源高频磁性元件设计中8种常见的错误概念,并加以详细的辨析。 1)填满磁芯窗口——优化的设计很多电源设计人员认为在高频磁性元件设计中,填满磁芯窗口可以获得最优设计,其实不然。在多例高频变压器和电感的设计中,我们可以发现多增加一层或几层绕组,或采用更大线径的漆包线,不但不能获得优化的效果,反而会因为绕线中的邻近效应而增大绕组总损耗。因此在高频磁性元件设计中,即使绕线没把铁芯窗口绕满,只绕满了窗口面积的25%,也没有关系。不必非得想法设法填满整个窗口面积。这种错误概念主要是受工频磁性元件设计的影响。在工频变压器设计中,强调铁芯和绕组的整体性,因而不希望铁芯与绕组中间有间隙,一般都设计成绕组填满整个窗口,从而保证其机械稳定性。但高频磁性元件设计并没有这个要求。 2)“铁损=铜损”——优化的变压器设计很多电源设计者,甚至在很多磁性元件设计参考书中都把“铁损=铜损”列为高频变压器优化设计的标准之一,其实不然。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[4]。这种错误概念也是受工频变压器设计的影响。工频变压器往往因为绕组匝数较多,所占面积较大,因而从热稳定、热均匀角度出发,得出“铁损=铜损”这一经验设计规则。但对于高频变压器,采用非常细的漆包线作为绕组,这一经验法则并不成立。在开关电源高频变压器设计中,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。 3)漏感=1%的磁化电感很多电源设计者在设计好磁性元件后,把相关的技术要求提交给变压器制作厂家时,往往要对漏感大小要求进行说明。在很多技术单上,标注着“漏感=1%的磁化电感”或“漏感<2%的磁化电感”等类似的技术要求。其实这种写法或设计标准很不专业。电源设计者应当根据电路正常工作要求,对所能接受的漏感值作一个数值限制。在制作变压器的过程中,应在不使变压器的其它参数(如匝间

(完整版)高频开关电源设计毕业设计

目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)

最新变压器中磁性元件的损耗详解

变压器中磁性元件的 损耗详解

变压器中磁性元件的损耗详解 今天我们来讨论下电源电路中磁性元件的损耗。 电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器,这里我们这种讨论初次级隔离的变压器,因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。 变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离,使输出电压或升或降,传送能量;变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规,EMC,效率,温升,输出的电气性能参数,寿命,可靠性,甚至会导致系统的崩溃。 升压的做过,但经验不多,说说个人的理解,不一定对,权作参考与讨论之用。

升压变压器的难点,楼上已经指出来了,因为绕组的圈数太多,漏感与分布电容很难两全其美;这个时候我觉得应该从以下几个方面着手: 1、在选择变压器的时候,如果结构尺寸允许的话,我们尽量选择高长型(立式)或窄长(卧式)型的,因为这种变压器单层绕线圈数多,可以有效降低绕线的层数,增加初次级的耦合,减小层间电容。 2、优化绕线顺序,使初次级能增减耦合面积;曾经用过这种绕法:1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级,结果表明此种绕法漏感可以小很多。 当然这种变压器绕制工艺稍显复杂,成本稍高,但还是可以接受。

3、层间电容大家都知道,每层之间加黄胶带,便可减少层间电容。 当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下,做出的改进;对于升压电源,漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡,使电源的EMC不好过,效率不高,有时会莫名其妙的炸MOS管(我实际碰到过的情况)。 我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损,先来说说铁损吧。 变压器的铁损包括三个方面: 一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器磁芯的磁力线其方向和大小随之变化,使得磁芯内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路,因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压,所以使电网的电流波形变成了尖脉冲,滤波电容越大,输入电流的脉宽就越窄,峰值越高,有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题,比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的,就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样,而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中,最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否,又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式,因为控制简单,但输入电流不连续,峰值较高,所以常用在小功率场合。C CM模式则相反,输入电流连续,电流纹波小,适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式,这种模式通常采用变频率的控制方式,采集升压电感的电流过零信号,当电流过零了,才开通MO S管。这种类型的控制方式,在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路,首先我们要给出我们的一些设计指标,我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例: 已知参数: 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算: 1,输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2,最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3,输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4,那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5,高频纹波电流取输入电流峰值的20%,那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6,那么输入电感电流最大峰值为:ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7,那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8,输出电容最小值为:Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF,实际电路中还要考虑hold up时间,所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中,我用了1320uF,4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流,我们就可以设计升压电感了! PFC电路的升压电感的磁芯,我们可以有多种选择:磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点,听我一一道来。

变压器中磁性元件的损耗详解

电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器,这里我们这种讨论初次级隔离的变压器,因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。 变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离,使输出电压或升或降,传送能量;变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规,EMC,效率,温升,输出的电气性能参数,寿命,可靠性,甚至会导致系统的崩溃。 升压的做过,但经验不多,说说个人的理解,不一定对,权作参考与讨论之用。 升压变压器的难点,楼上已经指出来了,因为绕组的圈数太多,漏感与分布电容很难两全其美;这个时候我觉得应该从以下几个方面着手: 1、在选择变压器的时候,如果结构尺寸允许的话,我们尽量选择高长型(立式)或窄长(卧式)型的,因为这种变压器单层绕线圈数多,可以有效降低绕线的层数,增加初次级的耦合,减小层间电容。 2、优化绕线顺序,使初次级能增减耦合面积;曾经用过这种绕法:1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级,结果表明此种绕法漏感可以小很多。 当然这种变压器绕制工艺稍显复杂,成本稍高,但还是可以接受。 3、层间电容大家都知道,每层之间加黄胶带,便可减少层间电容。 当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下,做出的改进;对于升压电源,漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡,使电源的EMC不好过,效率不高,有时会莫名其妙的炸MOS管(我实际碰到过的情况)。 我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损,先来说说铁损吧。 变压器的铁损包括三个方面: 一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器磁芯的磁力线其方向

和大小随之变化,使得磁芯内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。 二是涡流损耗,当变压器工作时。磁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使磁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。 三是剩余损耗,在磁芯磁化或反磁化的过程中,磁化状态并不是随磁化强度变化而立即变化,有个滞后时间,滞后效应便是引起剩余损耗的原因。 从铁损包含的三个个方面的定义上看,只要控制磁力线的大小便可降低磁滞损耗,减少磁芯与磁力线垂直的面积可以减少涡流损耗。 赵老师在《开关电源中磁性元器件》一书中指出: 由上面的话可以看出,在磁芯材质与形状,体积等都确定的情况下,变压器的铁损与变压器的工作频率以及磁感应强度摆幅deltB成正比。 磁滞在低场下可以不予考虑,涡流在低频下也可忽略,剩下的就是剩余损耗。在磁感应强度较高或工作频率较高时,各种损耗互相影响难于分开。故在涉及磁损耗大小时,应注明工作频率f以及对应的Bm值。但在低频弱场下,可用三者的代数和表示:tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr 分别为:磁滞损耗角正切,涡流损耗角正切,剩余损耗角正切。各种损耗随频率的变化关系如图。

(整理)开关电源中磁性元器件磁元件思考题.

磁性元器件思考题 1. 有一根导线直径d =1cm ,置于空气中,流过电流5安培,请问 在垂直于导线的平面上,距离导线中心5cm 圆周上,磁场强度 H =?B =?(分别用MKS 和CGS 表示)?标出磁场强度方向。 以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=? 2. 环尺寸如题图2(b),左边线圈流入2A 电流,右边线圈流入1A 电流(题图2(a)),磁导率μr =1000。请问磁芯中磁场强度H =?, 磁感应强度B=? 3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。环的内径 d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。请问磁芯中H =? B =? φ=?(分 别用MKS 和CGS 单位表示) 4. 有一个磁环如题图2(b),不知道其磁导率是多少。磁环尺寸内 径d =4cm,外径D =6cm, 高h =1cm 。在环上绕了20匝线圈,测 量得到电感量为10μH ,请求出磁环材料的相对磁导率和绝对 磁导率。在CGS 中磁导率是多少?如果给20匝线圈流过0.5A 电流,线圈的总磁链是多少? 5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、 25.4mm 和19.05mm 。求40匝线圈的电感量。 6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ???? ??-=c c c H l Ni B l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈,测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、L 2=50μH , L 3=2μH 。L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少?将L 1与L 2串联测量总电感,L 1再颠倒一次与L 2串联测量一次,分别测得电感量为435μH 和50μH,请问两个线圈之间的互感M =?耦合系数k =? 8. 能否列举两种以上判断同名端的方法。请说出判断方法的原理。 9. 请证明两个耦合线圈并联等效电感公式(2-17)。 10. 如果一个变压器不知道初级和次级匝数。有人想法在变压器线圈上增绕了5匝线圈,他通过测 量就知道初级和次级匝数和同名端。你能想像他是如何测量的?说出他可能用那些方法测量?说出每种测量原理? 11. 一个工频变压器变比n =5,初级电压为220V ,次级直接接到一个电阻负载,次级电流I 2=10A 。 初级电流为2.05A 。如果忽略导线电阻,请问变压器的激磁电流I m =?激磁电感L m =? 12. 什么是漏感?如何测试线圈之间的漏感? 13. 给一个50μH 电感加宽度为10μs ,幅度为50V 的脉冲,电感初始电流为零。问脉冲终了时电感电流多大?电感中此时存储多少能量? 14. 为何大多数电感磁芯一定要开气隙? 15. 磁路和电路有何不同? 16. 有一电感磁路如题图16所示。磁芯相对磁导率μr =2000,线圈共20匝,气隙δ=1mm ,如忽略边缘磁通,请画出等效磁路图。计算磁芯和气隙磁阻。当线圈通过1A 电流,分别计算磁芯和气隙中磁通和磁场强度。计算20匝线圈电感量。 题图2(a) 题图2(b) 尺寸为cm 题图16

几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计

几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多,其中常用的软磁器件有:作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同,如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。 (一)、高频功率变压器 变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下: P=KfNBSI×10-6T=hcPc+h W P W 其中,P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积;B为工作磁感;I为电流;T为温升;P c为铁损;P W为铜损;h c和h W为由实验确定的系数。 由以上公式可以看出:高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级,从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升,温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说,开关电源对材料的主要要求是:尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性,有些用途要求较高的矩形比,对应力等不敏感、稳定性好,价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限,对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器,因而要求具有大的B=Bm-Br,即磁感

Bm和剩磁Br之差要大;同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器,或称储能变压器,要考虑储能要求。 线圈储能的多少取决于两个因素:一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L,另一个是工作磁场Hm或工作电流I,储能W=1/2LI2。这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率,常为宽恒导磁材料。对于工作在±Bm之间的变压器来说,要求其磁滞回线的面积,特别是在高频下的回线面积要小,同时为降低空载损耗、减小励磁电流,应有高磁导率,最合适的为封闭式环形铁芯,其磁滞回线见图所示,这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。 通常,金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的,而对于非晶合金来说,它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等,此外它不存在长程有序的原子排列,其电阻率比一般的晶态合金高2-3倍,加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带,特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯,在频率20-50kHz、功率50kW以下,是变压器最佳磁芯材料。 近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器,具有高频大功率的特点,因此要

最新开关电源中磁性元器件磁元件思考题

开关电源中磁性元器件磁元件思考题

磁性元器件思考题 1. 有一根导线直径d =1cm ,置于空气中,流过电流5安 培,请问在垂直于导线的平面上,距离导线中心5cm 圆周上,磁场强度H =?B =?(分别用MKS 和CGS 表示)?标出磁场强度方向。以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=? 2. 环尺寸如题图2(b),左边线圈流入2A 电流,右边线圈 流入1A 电流(题图2(a)),磁导率μr =1000。请问磁芯中磁场强度H =?,磁感应强度B=? 3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。环 的内径d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。请问磁芯中H =? B =? φ=?(分别用MKS 和CGS 单位表示) 4. 有一个磁环如题图2(b),不知道其磁导率是多少。磁环尺寸内径d =4cm,外径 D =6cm, 高h =1cm 。在环上绕了20匝线圈,测量得到电感量为10μH ,请求出磁环材料的相对磁导率和绝对磁导率。在CGS 中磁导率是多少?如果给20匝线圈流过0.5A 电流,线圈的总磁链是多少? 5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、25.4mm 和 19.05mm 。求40匝线圈的电感量。 6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ??? ? ??-= c c c H l Ni B l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈,测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、 L 2=50μH ,L 3=2μH 。L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少?将L 1与L 2串联 题图2(a) h 题图2(b)

开关电源-高频-变压器计算设计

要制造好高频变压器要注意两点: 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组:初级绕组绕完,要加绕(3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量,也增大了初级和次级之间的绝缘强度,契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出,而且输出之间是不共地的为了减小漏感,让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝,则为了改善耦合状况,仍是应当设法将它布满完好的一层,如能够选用多根导线并联的方法,有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时,处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出,次级绕组间不需要采用绝缘阻隔,从而使变压器的绕制愈加紧凑,变压器的磁耦合得到加强,能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组:初级绕组应放在最里层,这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短,从而使整个绕组的用线为最少,这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下,变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组,可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边,使初级绕组得到其他绕组的屏蔽,有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边,使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端,可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组:偏压绕组绕在初级和次级之间,仍是绕在最外层,和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间,这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层,这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合,而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层,若是偏压绕组的匝数很少,则能够采用加粗偏压绕组的线径,或许用多根导线并联绕制,改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干,相同也改善了选用初级电压来调理电源时,次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算?很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题,那么我们应该

第二部分开关电源中磁元件

第二部分 开关电源中磁元件 第五章 变换器中磁芯的工作要求 在功率变换中,应用了多种磁性元件:如脉冲、功率变压器,交、直流滤波电感,交、直流互感器,EMC 滤波电感以及谐振和缓冲吸收电感等。但就磁芯工作状态主要分为四种,其代表性功率电路—Buck 变换器滤波电感、正激、推挽变压器和磁放大器中磁元件磁芯就属于这四种工作状态. 5.1 Ⅰ类工作状态-Buck 变换器滤波电感磁芯 图5.1(a)所示为输出与输入共地的Buck 变换器的基本电路。输出由R 1和R 2取样,与基准U r 比较、误差放大,然后与三角波比较,输出PWM 信号,去控制功率开关S 的导通时间。假设电路进入稳态,U o 为常数,L 为线性电感。开关S 闭合时,输入电压U i 与输出电压U o 之差加到电感L 上(图5.1(b)),续流二极管D 截止,电感中电流线性增长(图(d)),直至开关打开前,电感存储能量。当开关打开时,电感中电流趋向减少,电感产生一个反向感应电势,试图维持原电流流通方向,迫使二极管D 导通,将电感中的能量传输到输出电容和负载,电感放出能量,电感电流线性下降。电感电流增加量(ΔI =(U i - U o )T on /L )应当等于减少量(U o T of /L ),由此得到U o =T on U i /T =DU i 。 通过改变功率开关的占空度D ,就可以控制每个周期导通期间存储在电感中的能量,从而控制了变换器的输出电压。 图 5.1(d)中,电感电流在整个周期内流通(可以过零或反向),电感这种状态称为电流连续状态。电感电流的平均值,即纹波的中心值等于输出电流I o 。当输出电流下降时,电感电流的变化率没有改变,斜坡的中心值在下降。当输出电流达到变化量的一半时,斜坡的起始端达到零(图5.1(d)中虚线三角波)。这种工作状态称为电感电流临界连续。 如果再继续减少负载电流,即增大负载电阻,输出电压将要增加。负反馈电路使得功率开关导通时间减少,以保持输出电压稳定。虽然电流变化率不变,电流变化量减少。因此,在下一个导通时间到来之前电感电流已下降到 零。电感电流开始断续(图5.2)。此时,为了保持输出电压 稳定,占空度随负载电流变化很大。 在电感电流断续前,一直保持U o =DU i (D =T on /T -占空度)。由于功率开关导通压降和线圈电阻压降随输出电流减 少,导通时间轻微地改变。进入断续以后,U o =DU i 不再成立。 U (b) i (c) t i L (φo (d) 图 5.1 基本Buck 变换器及其波形图 U i 图5.2 电感电流断续波形

开关电源上各个电子元件的作用

你了解开关电源上各个电子元件的作用吗 认识你的 以往在采购配件时,是最容易被忽视的组件之一,不过其各路电压输出规格、电压稳定性、发生异常时的保护性却有相当重要的地位,因为主机内所有配件的所需电力均需由供应器供应,同时随着各硬件于不同状态下的耗电量去调节输出负载,又要兼顾长时间操作及全载输出的稳定性,而发生故障时或是负载产生异常,保护系统须立即介入,以避免过电压/电流造成装置损坏;对于全球能源吃紧,新款供应器除了上述特性外,也开始讲求提高转换效率,例如80PLUS就是代表供应器通过高效率认证的标章之一。 常见的用的功能是将输入的交流市电(AC110V/220V),经过隔离型交换式降压电路转换出各硬件所需的各种低压直流电:、5V、12V、-12V及提供关闭时待命用的5V Standby(5VSB)。所以内部同时具备了耐高压、大功率的组件以及处理低电压及控制信号的小功率组件。 转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因数修正电路(主动或是被动PFC)→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(例如磁性放大电路或是-转换电路)→滤波(平滑输出纹波,由电感及电容组成)电路→管理电路监控输出。

以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。 交流电输入 ■ 交流电输入 此为交流电从外部输入的第一道关卡,为了阻隔来自电力在线干扰,以及避免运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰其它用电装置,都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器),其功能就是一个低通滤波器,将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线,只让60Hz左右的波型通过。 上面照片中,中央为一体式EMI滤波器,滤波电路整个包于铁壳中,能更有效避免噪声外泄;右方的则是以小片电路板制作EMI滤波电路,通常使用于无足够深度安装一体式EMI

高频开关电源设计

高频开关电源设计

目录 引言 (1) 1本文概述 (2) 1.1选题背景 (2) 1.2本课题主要特点和设计目标 (2) 1.3课题设计思路 (3) 2SABER软件 (4) 2.1SABER简介 (4) 2.2SABER仿真流程 (5) 2.3本章小结 (5) 3三相桥式全控整流器的设计 (7) 3.1工作原理 (7) 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 (8) 3.2保护电路 (8) 3.2.1 过电压产生的原因 (8) 3.2.2 过压保护 (8) 3.2.3 过电流产生的原因 (10) 3.2.4 过流保护 (10) 3.3SABER仿真 (13) 3.3.1 设计规范 (13) 3.3.2 建立模型 (13) 3.3.3 仿真结果 (14) 3.3.4 结果分析 (16) 3.4本章小结 (16) 4功率因素校正技术 (16) 4.1谐波 (16) 4.1.1 谐波的危害 (16) 4.1.2 谐波补偿和功率因素校正 (17) 4.2有源功率因数校正 (17) 4.2.1 APFC技术分类 (17) 4.2.2 临界导电模式APFC的控制原理 (18) 4.2.3 功率因素校正电路的缺点及解决方法 (20) 4.3本章小结 (20) 5软开关功率变换技术 (21)

5.1软开关技术的提出 (21) 5.1.1 开关损耗的成因 (22) 5.2软开关技术 (23) 5.2.1 软开关技术的一般实现方法 (24) 5.2.2 软开关的发展历程主要分类 (26) 5.3本章小结 (26) 6双管正激变换器的设计 (27) 6.1工作原理 (27) 6.2SG3525的功能介绍以及应用 (28) 6.2.1 SG3525基本工作原理和应用特点 (29) 6.2.2 SG3525在双管正激开关电源中的应用 (29) 6.3启动电路的改进 (31) 6.4SABER仿真 (31) 6.4.1 设计步骤简介 (31) 6.4.2 设计规范 (32) 6.4.3 开环设计(功率电路设计) (32) 6.4.4 调制器设计和闭环仿真 (36) 6.5仿真结果 (39) 6.6本章小结 (39) 7BOOST变换器的设计 (40) 7.1工作原理 (40) 7.2SABER仿真 (42) 7.2.1 设计规范 (42) 7.2.2 参数设计 (42) 7.2.3 仿真结果 (43) 7.3本章小结 (44) 8系统集成调试 (45) 9结论与展望 (46) 谢辞 (47) 参考文献 (48) 附录 (49)

开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计

开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多,其中常用的软磁器件有:作为开关电 源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤 波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同。 ?(一)、高频功率变压器 ?变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下: ?P=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW ?其中,P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积; B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确 定的系数。 ?由以上公式可以看出:高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积 重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级,从而有可能使体积重量显着减小。而低的铁芯损耗可以降低温升,温升反过 来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说,开关电源对材料的主要要 求是:尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里 温度和好的温度稳定性,有些用途要求较高的矩形比,对应力等不敏感、稳 定性好,价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限,对材 料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器,因而 要求具有大的B=Bm-Br,即磁感Bm和剩磁Br之差要大; 同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器,或称储能变压器,要考虑储 能要求。 ?线圈储能的多少取决于两个因素:一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L,另一个是工作磁场Hm或工作电流I,储能W=1/2LI2。这就要求材料有

基于UC3875的高频开关电源的设计

引言 近年来,随着电子技术的发展,邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源,随着科学技术的不断进步,对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多,要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大,因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率,但在提高开关频率的同时,开关损耗会随之增加,电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术,它利用以谐振为主的辅助换流手段,解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关电源能高频高效地运行,从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术,目前已比较成熟,下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中,因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍,由于市电电压较高,所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时,半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流,不易选管,输出功率较全桥小,所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下,在门极的控制下开通或关断,开关过程中电压、电流均不为零,出现重叠,导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升,使电路效率下降,阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上,利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通,实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗,变换效率可达80%-90%,并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制(PSC FB ZVS-PWM)变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一,它的特点是电路简单,与传统的硬开关电路相比,并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示,主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压, T1~T4 为开关管, D1~D4 为体内二极管,C1 ~C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍,利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振,漏感储能向电容 C1释放过程中,使电容上的电压逐步下降到零,体内二极管D1开通,创造了T1 的ZVS条件。

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