反激变换开关电源的变压器设计技术培训

1反激变换器的变压器陈为博士[e-mail]福州大学电气工程与自动化学院教授,博士生导师中国电源学会理事,变压器与电感器专委会主任委员MagneticsandPowerConversionLab‡磁性元件对功率变换器发展的重要性‡反激式变压器的设计考虑‡反激式变压器杂散参数的效应‡反激式变压器的磁(场)特性-感性效应‡反激式变压器的电(场)特性-容性效应主要内容MagneticsandPowerConversionLab20.5W0.75W10Wto250W0.3W0.5W0to10WTier2Jul06Tier1Jan.05RatedPowerNo-LoadPowerconsumption绿色电源要求电磁兼容要求空载损耗要求负载效率要求环境保护要求谐波电流要求(IEEE519－1992)环境友好i(t)负载（%）效率25507510080%电网环境电磁环境生态环境自然环境LoadEffi.影响全负载范围效率的因素磁性元件的损耗和设计对全负载范围效率有重要影响3磁性元件的设计考虑结构设计电气设计损耗设计热设计eelANL2⋅=μ2.1044.1046.1048.104024681833.0)(SPT=ΔEMI设计杂散参数DCMCCMVi+Vo*nVin:1ipVdsViVoVdsipisis反激变换器理想工作波形ONOFFVdsONOFF4反激变压器基本电气设计--匝比n:1ipVdsViVois‡最大占空比限制Dmax=0.45‡二极管反向耐压限制‡开关管承受电压限制Vo=12V,Vimax=265,Vi_min=90,P,fsn=6ioVVn+⋅=DSVnVVio+=DVDDVno−⋅=1VinVi_min反激变压器基本电气设计–电感量fLDVpi⋅⋅=maxmin_pkIn:1ipVdsViVoisfILpkp⋅⋅⋅=2total21P2maxmin_)2(fPDVLtotalip⋅⋅⋅=DCMBCCMDCM5反激变压器优化设计–铁芯面积/匝数绕组损耗模型Æ匝数，匝长(磁芯面积)，绕组结构，线规(线径/股数)，频率磁芯损耗模型Æ匝数，磁芯面积，材质，体积，频率损耗匝数铁芯面积Ae匝数or磁芯面积损耗PwPePt损耗vs.匝数、铁芯面积DCMCCMVi+Vo*nVi反激变换器实际工作波形理想波形实际波形ONOFFONOFFDCM电流电压6LkLmCdsCpLkLmCdsCpLkLmCdsCpVdsVdsipDCM工作下波形与变压器参数Vi+Vo*nViLkLmCdsCpipn:1LkLmCdsCpLkLmCdsCpVdsipCCM工作下波形与变压器参数Vi+Vo*nLkLmCdsCpipn:17反激变压器的漏感参数及其效应n’:1Lm’Lkp’''mkppoLLL+=2''/nLLmso='kppsLL=对EMI的效应Æ振荡频率fILPpkkpLk⋅⋅⋅=)21(2')//(21'dspkprCCLf⋅⋅=π对损耗的效应Æ对反激变压器漏感的一些认识‡漏感与气隙的大小关系不大。kmmLLLk+=‡耦合系数随着气隙的增大而下降。‡气隙增大会引起效率降低是因为Ipk的增大，漏感能量增大。‡气隙增大会引起绕组损耗增大是因为气隙扩散损耗的增大。漏感能量分布漏感磁场分布8负载电流激励总电流激励变压器绕组的磁场分布分析激磁电流激励变压器漏感激磁电感变压器+电感Lm’Lkp’变压器绕组的电场分布分析CpCpsVp0QpsÆ原、副边绕组间的感应电荷ÆipsQpÆ原边绕组储存的电场能量ÆCp对DM-EMI的效应Æ振荡频率和宽频范围的差模噪音fUCPppCp⋅⋅⋅=)21(2对损耗的效应Æ原边副边ips对CM-EMI的效应Æ共模噪音9ΔV(x)xV(x)A2032200020)3(21)3(21)(21ppppAApVCAAVACdxxVACdEE=⋅=Δ⋅==∫∫30ppCC=AxVxVp=Δ)(V(x)Vp0xCpCp=Cp0/3Cp=(Cp0/3)串(Cp0/3)=Cp0/6绕组并联等效电容CpCp0:绕组层间的结构电容原、副边绕组间等效共模噪音电流Cps0:原副边绕组间的结构电容V(x)Vpx∫⋅==ApppspsVACdqQ00220pspsCC=CpsLISNips10有屏蔽变压器原、副边绕组电场分布Cpsw.shieldingV(x)VpxQpsLISN50100150A-A’A-A’EE磁粉芯变压器的电磁场近场辐射11Thanks!MagneticsandPowerConversionLab