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反激式开关电源变压器总结

作者:admin 发布日期:2021-01-21

  开关电源变压器可以分为隔离和非隔离两种形式。这里主要讲孤立开关电源变压器的拓扑形式。隔离电源根据结构形式的不同可以分为两类:正向和反激。反激就是变压器原边导通,副边截止,变压器储能。一次侧关断时,二次侧接通,能量释放到负载的工作状态。常规反激式电源一般单管较多,双管不常见。正向模式是指变压器原边导通时,副边感应出相应的电压输出给负载,能量直接通过变压器传递。按规格可分为常规正向,包括单管正向和双管正向。半桥和桥式电路属于正向电路。

  正向和反激电路各有特点,在电路设计过程中可以灵活运用,达到zuijia性价比。一般在低功率场合可以选择反激。稍大的可以用单管正向电路,中功率可以用双管正向电路或者半桥电路,低压可以用推挽电路,和半桥处于同样的工作状态。桥式电路一般用于大功率输出,推挽电路也可以用于低电压。

反激式开关电源变压器总结

  反激式电源因其结构简单、省去了变压器大小的电感而被广泛应用于中小型电源。有的介绍中说反激式电源的功率只能达到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,很难实现。我觉得一般都是这样,但不能一概而论。PI公司的芯片可以做300瓦。有文章介绍反激式电源可以做到千瓦,但是我没见过实物。输出功率与输出电压有关。

  反激式电源变压器的漏感是一个关键参数。因为反激式电源需要变压器储能,为了充分利用变压器铁芯,一般需要在磁路中开一个气隙。目的是改变铁芯磁滞回线的斜率,使变压器能够承受较大的冲击电流冲击,而不会使铁芯进入饱和非线性状态,磁路中的气隙处于高磁阻状态,导致磁路中的漏磁远大于完全闭合的磁路。

  变压器一次ji间的耦合也是决定漏电感的关键因素。夹层绕组法可以使一次ji线圈尽量靠近,但这样会增加变压器的分布电容。选择窗口较长的铁芯可以降低漏电感。比如EE,EF,EER,PQ核比EI核好。

  关于反激式电源的占空比,原则上反激式电源的zuida占空比应该小于0.5,否则回路不容易补偿,可能不稳定,但也有一些例外,比如美国PI公司推出的系列芯片可以在占空比大于0.5的情况下工作。占空比由变压器初级侧和次级侧的匝数比决定。首先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反射到原边电压值)。当反射电压在一定电压范围内zengda时,占空比zengda,开关管损耗减小(有效值减小)。当反射电压降低时,占空比降低,开关管损耗增加。当然,这也是前提条件。当占空比增加时,意味着输出二ji管的导通时间缩短。为了保持输出稳定,会更多的通过输出电容的放电电流来保证,输出电容会承受更大的高频纹波电流侵蚀,加重其发热,很多情况下是不允许的。

反激式开关电源变压器总结

  随着占空比的增加和变压器匝数比的变化,变压器的漏电感会增加,其整体性能也会发生变化。当漏电感能量达到一定水平时,可以充分抵消开关管占空比大带来的低损耗,因此增加占空比没有意义,甚至开关管可能因为漏电感反峰电压过高而击穿。由于漏感大,输出纹波等电磁指标可能变差。占空比小时,流经开关管的电流有效值高,变压器一次电流有效值大,降低了变换器的效率,但改善了输出电容的工作条件,减少了发热。如何确定变压器的反射电压(占空比)?

  关于反激式电源的占空比(我关注的是反射电压,和占空比一致),占空比也和选择性开关管的耐受电压有关。一些早期的反激式电源使用耐压相对较低的开关管,如600V或650V作为交流220V输入电源的开关管,可能与当时的生产工艺有关。高耐压管不容易制造,或者低耐压管有更合理的导通损耗和开关特性。这种线路的反射电压不能太高,否则,bixu制作。

  实践证明,600伏管道的反射电压不应大于100伏,650伏管道的反射电压不应大于120伏。当漏电感的峰值电压箝位在50伏时,管道的工作裕度为50伏..目前由于MOS晶体管制造工艺的改进,反激式电源一般采用700V、750V甚至800-900V的开关管。像这样的电路,抗过压能力更强,可以使开关变压器的反射电压更高。zuida反射电压更适合150V,可以获得更好的综合性能。

  PI公司的芯片推荐采用135V的瞬态电压yizhi二ji管箝位,但其评估板的反射电压一般在110V左右低于这个值,这两种类型各有优缺点:

反激式开关电源变压器总结

  diyi类:缺点:抗过压能力弱,占空比小,变压器初级脉冲电流大。优点:变压器漏电感小,电磁辐射低,纹波指数高,开关管损耗小,转换效率不一定低于dier类。

  类型二:缺点:开关管损耗较大,变压器漏电感较大,纹波较差。优点:抗过压能力强,占空比大,变压器损耗低,效率高。

  反激式电源的反射电压也与一个参数有关,即输出电压。输出电压越低,变压器的匝数比越大,变压器的漏电感越大,开关管的耐压越高,可能会击穿开关管,增加吸收电路的功耗,使吸收电路功率器件yongjiu失效(尤其是带瞬态电压yizhi二ji管的电路)。在设计低压输出低功率反激式电源的优化过程中,bixu小心谨慎。有几种治疗方法:

  1.采用功率等级较高的磁芯来降低漏感,可以提高低压反激式电源的转换效率,降低损耗,降低输出纹波,提高多通道输出电源的交叉调整率,常用于开关电源变压器的家用电器,如光驱、DVB机顶盒等。

  2.如果条件不允许增加磁芯,只能降低反射电压和占空比。降低反射电压可以降低漏电感,但可能会降低功率转换效率,这是一个矛盾。要有一个置换过程才能找到合适的点。在变压器更换实验中,可以检测变压器一次侧的反峰电压,尽可能减小反峰电压脉冲的宽度和幅度,提高变换器的工作anquan裕度。一般反射电压在110V比较合适。

反激式开关电源变压器总结

  3.加强耦合,降低损耗,采用新技术和绕线工艺,在变压器一次侧和二次侧之间采取绝缘措施,以满足anquan规范,如垫绝缘带和增加绝缘端空带。这些都会影响变压器的漏电感性能,在实际生产中可以采用一次绕组绕二次绕组的绕线方式。或者二次绕组缠绕三重绝缘线,取消一次级之间的绝缘,可以增强耦合,甚至可以缠绕宽铜皮。

  低压输出是指小于等于5V的输出。对于这种低功耗电源,如果功率输出大于20W,可以采用正向模式,以获得zuijia性价比。当然这也不是juedui正确的,这和个人习惯和应用环境有关。

  反激式电力变压器的磁芯工作在单向磁化状态,因此磁路需要开气隙,类似于脉动DC电感。部分磁路通过气隙耦合。我理解为什么开气隙的原理是这样的:因为功率铁氧体也有一个近似矩形的工作特性曲线(磁滞回线),在工作特性曲线上,Y轴代表磁感应强度B,目前生产工艺的饱和点一般在400mT以上。一般设计中的数值应为200-300mT,X轴代表磁场强度H,与磁化电流强度成正比。打开磁路中的气隙,相当于磁铁的磁滞回线向X轴倾斜。在相同的磁感应强度下,它可以承受更大的磁化电流,相当于在磁芯中储存更多的能量。当开关管关闭时,这些能量通过变压器次级线圈释放到负载电路。打开反激式电源核心中的气隙有两个功能。一是传递更多的能量,二是防止磁芯进入饱和状态。

  反激式电源的变压器工作在单向磁化状态,不仅通过磁耦合传递能量,还起到电压转换输入和输出隔离的多重作用。因此,空气间隙应小心处理。气隙过大,漏电感zengda,磁滞损耗zengda,铁损和铜损zengda,影响电源的整体性能。如果气隙太小,变压器的磁芯可能会饱和,电源可能会损坏。所谓反激式电源的连续和间歇模式,是指变压器的工作状态。变压器在满载状态下,工作在完全能量转移或不完全能量转移的工作模式。一般要根据工作环境来设计,常规反激式电源要工作在连续模式,这样开关管和线路的损耗比较小,可以降低输入输出电容的工作应力,但也有一些例外。

反激式开关电源变压器总结

  需要指出的是,反激式电源的特性也适合设计高压电源,高压电源的变压器一般都是以间歇方式工作,所以我理解高压电源的输出需要采用耐压高的整流二ji管。由于制造工艺的特点,高背电压二ji管反向恢复时间长,速度慢。在电流连续状态下,有正向偏置时二ji管恢复,反向恢复时能量损耗很大,不利于变换器性能的提高,反而降低了变换效率,整流管受热严重,甚至烧毁。因为二ji管在间歇模式下反向偏置在零偏置电压,所以损耗可以降低到相对较低的水平。因此,高压电源工作在间歇模式,工作频率不能太高。

  还有一种反激式电源工作在临界状态。这种电源一般工作在调频模式或调频调宽模式。一些低成本自激电源(RCC)经常采用这种形式。为了保证输出稳定,变压器的工作频率随输出电流或输入电压而变化,接近满负荷时,变压器始终保持在连续和间歇之间。这个电源只适合低功率输出,否则电磁兼容特性的处理会很头疼。

  反激式开关电源变压器应工作在连续模式,这需要相对较大的绕组电感。当然有一定的连续性。过分追求juedui连续性是不现实的。可能需要很大的磁芯和大量的线圈匝数,伴随着很大的漏电感和分布电容,可能得不偿失。那么这个参数怎么确定呢?通过同行设计的多次实践和分析,当输入标称电压时,输出达到50个点~60个点。变压器从间歇状态过渡到连续状态更合适。或者当输入电压zuigao,输出满时,变压器可以过渡到连续状态。

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