由(2)式可知:
在电流断续模式时,当电压和频率固定的情况下,输出功 率和变压器的初级电感成反比。即要增加功率就要减小初 级绕组的电感量。反激式开关变压器的特殊性:当开关管 导通时变压器相当于仅有初级绕组的一个带磁芯的电感器 ,当这个电感器小到一定值时就不可太小了,当小至和分 布电感值差不多时,这样变压器的参数就没有一致性,工 作稳定性差,可能分布参数的变化都会使整个电感值变化 一少半,电路的可靠性就无从谈起。初级电感值至少应是 分布电感的10倍以上。
(3)同样道理,磁芯的气隙也不可选的太少,太小的话,磁 芯稍微的变动(如热胀冷缩)对气隙来说都显得占的比例 很大,这样的变压器就无一致性可言,更无法批量生产。 六、反激式变换器的输出滤波电容比起其它拓扑形式的电路 所受的冲击更大,它的选择好坏对整个电源的性能及寿命 有举足轻重的作用。选择时,一般是按纹波电压要求初 选电容值,用电容的额定纹波电流确定电容值,这样比 较安全稳妥。当然,耐压值和温度等级也要足够。 七、降低损耗,遏制温升,提高效率,延长寿命 开关电源内部的损耗主要分四个方面: (1)开关损耗 如:功率开关,驱动;
(2)导通损耗 如:输出整流器,电解电容中电阻损耗; (3)附加损耗 如:控制IC,反馈电路,启动电路,驱动电 路;
(4)电阻损耗 如:预加负载等;
在反激式开关电源中,功率开关和驱动以及输出整流部
分占损耗的90%多,磁性元件占5%,其它占5%; 损耗 直接影响效率,更影响电源的稳定性和工作寿命。损耗 都以发热而表现出来,晶体管和电容和磁性元件都对温 度很敏感;下面看一下温度的影响:
(1)温度每升高10℃,电解电容的寿命就会减半
(2)在高温和反向电压接近额定值时,肖特基二极管的漏电 很严重,就像阴阳极通路一样;
(3)通用磁性材料,从25℃到100℃饱和磁感应强度下降30% 左右;在这里,磁性材料的损耗虽然说占比例很小但是它 对整个开关电源的影响非常大。比如在正常工作时,设计 的最大磁通密度偏大,由于温升的原因将使饱和磁感应强 度下降,再加上反馈回路的延迟效应而使导通时间加长, 极易使磁芯饱和,瞬间开关管损坏。在此设计时,最好保 证铜耗接近于磁耗,初级绕组的铜耗接近于次级绕组的铜 耗以达到最优化的设计防止磁芯过渡温升。
(4)MOSFET管,每升高25℃,栅极阀值电压下降5%;MOSFET 管的最大节点温度时150℃,节点温度的理想值为105℃, 最高不要超过125℃;MOSFET管,Rds随温度的升高而增大. (5)双极型晶体管,随温度的升高,Vce而减小,在环境温度 较高或接近最高结温时,晶体管的实际最高耐压会有所下 降,并且漏电流会更进一步增加,很易造成热损耗。所以 ,在设计时,尽可能降低元件本身损耗而造成的温升,也 要注意远离热源,不因外界原因而造成温升。更要优化设 计减小损耗,提高效率,延长元器件及整个电源的工作寿 命。
反激式开关电源设计的思考五-常用公式的理解
字体大小:大 | 中 | 小 2007-03-28 11:57 - 阅读:3136 - 评论:12 反激式开关电源设计的思考五 -常用公式的理解 王佰营 徐丽红
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在反激式开关电源设计之前,我们必须对要用到的公式有所了解,这样不 至于造成不管公式适用条件如何,拿来就用,以致看似合理实则差之远矣。 下面将在反激式开关电源设计中常用的公式分析如下: 再讲电源设计用公式前先看一看一些基本的知识。 一、基本知识 1.磁场的产生:
磁场是由运动电荷产生的,变压器磁芯中的磁场是由绕组中的传导电流产生 ,磁铁的磁场是由“分子电流”产生。 2.右手定则
右手定则用于判断通电螺线管的磁极(N极/S极,或者说磁力线的方向), 用右手握住螺线管,弯曲的四指沿电流回绕方向将拇指伸直,这时拇指指向 螺线管的N极或者磁力线的方向。 3.磁感应强度B
磁场是由运动电荷产生的,同时,运动的电荷在磁场中又会受到力的作用。 由此,人们通过在磁场中运动的电荷所受磁场力的大小来反映磁场的强弱; 让不同电量(q>0)的电荷,在垂直磁场的方向以不同的速度运动,该电荷 就会受力,虽然电荷在各点受磁场力的大小不同,但是力与电荷量以及速度
的比值在同一点却是相同的,唯一的,这个值就反映了该点磁场的强弱。因 此:
B = F / q.v (1)
该式的物理意义为:磁场中某点的磁感应强度B的大小,在数值上等于单位 正电荷,以单位速度沿垂直磁场方向运动时,所受力的大小。磁感应强度的 单位:
4.磁通量φ
磁场不仅有强弱还有方向,用磁力线能很好的表示磁感应强度的方向,磁力 线是一些围绕电流的闭合线,没有起点也没有终点的曲线。把垂直穿过一个 曲面的磁感应线的条数称为穿过该面的磁通量。用φ表示。也形象的将磁感 应强度称为磁通密度,两者关系如下: φ=B·S (2)
磁通的单位:1T·m2 = 1Wb(韦伯) 5.磁场强度H
既然点电荷之间的相互作用服从库仑定律,那么,库仑认为点磁荷也应有类 似的定律。
此式为磁的库仑定律;
既然电场强弱可通过点电荷去测量,那么磁场的强弱也就可用点磁荷来测量 ,类似的,把点磁荷放在磁场中,根据其受力的大小就可反映该点磁场的强 弱,因此就引入了磁场强度的物理量H H = F/qm0 (4)
该式中F是试探点磁荷qm0在磁场某点所受的力,该式的物理意义:磁场中某
点的磁场强度H的大小在数值上等于单位磁荷在该点所受到的磁场力的大小 。
6.安培环路定理
磁感应线是套连在闭合载流回路上的闭合线,若取磁感应强度沿磁感应线的 环路积分,则磁感应强度沿任何闭合环路L的线积分,等于穿过这个环路所 有电流的代数和的μ0倍。
∮(L)B·dl =μ0∑I (5) 在有磁介质时,安培环路定律表示为: ∮LB·dl =μ0(∑I +Is) (6) (6)式中:Is-为磁化电流 I -传导电流
介质内任何曲面S的磁化电流强度 Is为 Is = ∮LM dl (7)
(7)式中,M为磁化强度,在数值上等于磁化面电流密度 代(7)式入(6)式得: ∮LB·dl =μ0(∑I +∮LM dl) 或:∮L( -M)·dl =∑I 令:H = -M
则:∮LH·dl =∑I (8) (8)式表示:
磁场强度沿任一闭合路径的线积分只与传导电流有关。也说明传导电流确定 以后,不论磁场中放进什么样的磁介质,也不论磁介质放在何处,磁场强度 的线积分都只与传导电流有关。
因而,引入磁场强度H这个物理量后,就可绕过磁介质磁化,磁化电流等不 方便测量、处理等一系列问题,而可方便的从宏观上处理磁介质的存在时的 磁场问题。