模块电源培训讲义PPT

右图是一个典型的磁滞曲线，其中， Bs为饱和磁化强度，Br为剩余磁化强 度，Hc为矫顽力，Hs为饱和磁化场， μi为初始磁导率。不同磁性材料的磁 滞回线表现形式不一样，Bs、Br、Hc、 Hs都不一样。
以天通（TDG）磁芯型号为例，用于开关电源的MnZn功率铁氧体材料主要 有TP2、TP3、TP4、TP4A、TP5等，其中又以TP4材质应用比较广泛。
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居里温度
居里温度是磁性材料从铁磁 性(亚铁磁性)到顺磁性的转变 温度，或称磁性消失温度，表 示方式有多种，天通材料标准 中规定的确定居里温度的方法 如右图，随温度升高磁导率下 降到最大值的80%与20%时，这 二点联线延长到与温度轴的交 点即为居里温度。
TP4材质的居里温度为220℃， 在实际应用中，磁芯的最高温 度应远离居里温度，一般磁芯 工作温度不应超过125℃。
模块电源培训
DC模块部 2009年11月13日
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内容概要
1、DC/DC砖块模块电源概述 2、电源功率变压器的设计 3、电源功率电感的设计 4、电源反馈控制电路的设计 5、问题讨论
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一、DC/DC砖块模块电源概述
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1、开关电源的供电结构
开关电源的供电结构主要有三种，分别为集中式结构、分布 式结构(DPA)、中间总线结构(IBA) 。 集中式结构，由一个集中的电源变换器产生所需各种电压等级的 输出电压，分别给各负荷供电。由于它成本低廉，至今仍是应用 最广泛的一种形式。 分布式结构，采用48V的电压直流总线，将电能送至负荷旁，然 后通过独立的隔离DC/DC模块分别给各负荷供电。分布式结构具 有电源效率高、输出电压调整率高、输出噪音小、动态响应快等 突出优点，一度被认为是电源发展的方向。 中间总线结构，由两级构成，首先通过隔离DC/DC变换器将48V变 换成中间的电压，采用中间的电压总线，如12V电压总线，将电 能送至负荷旁，然后通过第二级非隔离DC/DC模块给负荷供电。 中间总线结构电源成本较低，具有较好的竞争力。目前非隔离 DC/DC模块增长速度已经超过了隔离DC/DC模块。
POLA联盟即负载点联盟(Point Of Load Alliance)，成立 于2003年6月，旨在标准化非隔离负载点电源模块的外形 和占位面积。
6Leabharlann 隔离DC/DC砖块模块电源
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非隔离DC/DC模块电源
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3、砖块模块电源的电路拓扑
砖块模块电源主要产品的功率范围在50-250W，输出电压范围 为：1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V、12V、28V，等等。同 步整流有源钳位正激变换器是主流拓扑，此外还有推挽、半 桥、全桥以及BUCK-BOOST级联等，隔离结构。
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3、变压器的设计方法
对变压器的设计，实际上就是对励磁电感Lm工作状态的设计。由此我 们用到的物理方程主要有： 磁通量与励磁电感、励磁电流的关系：
磁通量与线圈匝数、磁感应强度、磁芯有效面积的关系：
由于磁芯的饱和特性，有：
根据楞次定律，有：
式中U是加在电感Lm两端的电压，t是作用时间。
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TP4材质在25℃下的饱和磁通密度为Bs=510mT，剩磁Br=100mT，矫顽力 Hc=14A/m，功率损耗Pcv=600kW/m3（@100kHz、200mT正弦波），而在100 ℃ 下的饱和磁通密度为Bs=390mT，剩磁Br=55mT，矫顽力Hc=9A/m，功率损耗 Pcv=410kW/m3（@100kHz、200mT正弦波）。参数对照表如下：
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分布式结构
中间总线结构
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2、砖块电源的历史
1996年朗讯科技公司(Lucent Technologies)推出了半砖 电源模块，后来成为砖块电源的标准。DC/DC模块主要有4 类用户：电脑和办公自动化、通信、工业和仪表(医疗)、 军事与航天，其中通信贡献最大。目前主流的DC/DC模块 电源生产商主要分为DOSA联盟和POLA联盟两大阵营。
负荷点电源的主流拓扑为同步整流BUCK电路或多相同步整流 BUCK电路，它采用非隔离结构。
目前关于砖块模块电源是否会在今后普遍采用数字化控制技 术仍存在意见分歧，但负荷点电源在这方面已经走在了前面 ，越来越多的非隔离模块电源趋向于采用数字控制技术以满 足更高的功率密度、更高的效率、更高的可靠性以及智能化 电源管理等复杂的电源要求。
问题： 我们的模块电源应往何处发展？
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有源钳位 半桥
BUCK-BOOST级联
推挽
全桥
非隔离BUCK
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二、电源功率变压器的设计
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1、常用MnZn功率铁氧体材料特性
磁滞曲线
磁感应强度B与磁场强度H的关系 除在真空中和在磁性材料中小磁化场 下具有线性关系外一般具有非线性关 系即具有所谓磁滞回线性质。
另一方面，根据磁芯功率损 耗与温度的关系，TP4材质最佳 工作温度点应在80℃-100℃之 间，此时磁芯损耗最低，变压 器效率最高。
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TP4材料特性表与特性曲线
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2、变压器模型
任何功率变压器，都可以
把它等效为右图这样一个理 想模型，即等效为漏感、励 磁电感与理想变压器的串并 联关系。理想变压器的电压 电流关系严格按照匝比成比 例，不考虑变压器损耗。其 中，Np为原边匝数，Ns1、 Ns2是副边匝数，Lrp是原边 漏感，Lrs1、Lrs2是副边漏 感，Lm是励磁电感。漏感在 某些场合也可以作为次要因 素忽略考虑，从而使问题得 以简单处理。
若假定电压U是一个稳定不变的量，励磁电感Lm也是一个常量（即不考虑 非线性），则有：
这就是磁芯的伏秒关系。 计算步骤： （1）根据功率拓扑，分析变压器励磁电流Im的工作波形，再根据安培环路定
理，即：
得到磁场强度H的工作范围。式中le是磁路有效长度。
（2）在磁滞曲线图中，根据磁场强度H
DOSA联盟即分布式电源开放标准联盟(Distributed-power Open Standards Alliance)，2004年2月由Tyco与SynQor 公司创立，联盟主要目标是确保越来越细分的转换器市场 中，DC/DC产品的兼容性与标准化。DOSA联盟面向的产品 包括非隔离(POL)和隔离电源转换器。