开关电源变压器的漏感
反激开关电源 变压器的励磁电感和 漏感关系
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变压器漏感等效电路
变压器漏感等效电路
变压器漏感等效电路:
①变压器作为电力电子系统中关键元件其性能直接影响到整个系统的效率与可靠性而漏感作为变压器固有特性之一对电路动态行为有着重要影响;
②漏感源于变压器绕组间无法完全耦合磁场部分这部分未耦合磁场在线圈中形成额外电感称为漏感其存在于初级绕组次级绕组中;
③在理想情况下变压器绕组间应完全耦合即不存在漏感但现实中由于物理尺寸限制及磁芯饱和等因素总会存在一定量漏感;
④当电流通过变压器绕组时漏感会产生反电动势阻碍电流变化这一特性在高频开关电源逆变器等应用中尤为显著可能导致额外损耗及电磁干扰问题;
⑤为准确分析含有漏感变压器电路行为通常采用等效电路模型来描述其中最基本模型为T型等效电路该模型将漏感表示为与励磁电感串联形式;
⑥T型等效电路中初级绕组漏感L1σ次级绕组漏感L2σ分别与理想变压器模型中励磁支路串联形成两个分支而励磁电感Lm则与负载支路并联;
⑦在某些情况下为简化分析也可采用π型等效电路此时漏感被放置于理想变压器两侧分别与输入输出端相连而励磁电感则位于中央;
⑧无论是T型还是π型等效电路都能够较好地反映实际变压器
行为特别是在高频开关条件下漏感效应对电路动态特性影响尤为明显;
⑨设计时工程师需根据具体应用需求选择合适拓扑结构并通过合理布局优化磁芯设计等手段尽量减小不利影响同时利用漏感特性改善电路性能;
⑩例如在某些软开关技术中适当利用漏感能够实现零电压开通或零电流关断从而降低开关损耗提高系统效率;
⑪此外在电机驱动电源逆变等领域中通过精确建模分析漏感行为有助于提升控制系统响应速度及稳定性;
⑫总之正确理解和应用变压器漏感等效电路对于设计高效可靠电力电子装置具有重要意义。
减小开关变压器漏感的方法
减小开关变压器漏感的方法
开关变压器漏感是指变压器在工作时,由于电磁感应作用而产生的漏磁通量,在传输过程中会有一定的损耗和浪费。
如果能够减小开关变压器的漏感,就能提高变压器的效率,降低能耗。
以下是减小开关变压器漏感的方法:
1. 采用高磁导材料:高磁导材料可以有效地提高变压器的磁通量,从而减小漏感。
常用的高磁导材料有铁素体材料和铁氧体材料。
2. 使用磁屏蔽:在变压器的绕组周围加上磁屏蔽,可以防止漏磁通量的泄漏,从而降低漏感。
常用的磁屏蔽材料有镍铁合金和铁氧体材料。
3. 优化绕组结构:通过设计优化绕组结构,可以减小漏感。
例如,采用交错绕组、漏磁补偿绕组等方式都可以减小漏感。
4. 采用磁芯的预紧设计:在变压器的磁芯上采用预紧设计,可以减小磁芯的振动和噪音,从而降低漏感。
5. 采用新型材料:近年来,一些新型材料的出现,如纳米晶铁芯、非晶合金等,具有良好的磁导率和磁饱和度,可以有效地减小漏感。
总之,减小开关变压器漏感是一个复杂的过程,需要综合考虑多种因素。
通过上述方法的应用,可以有效地降低漏感,提高变压器的效率和性能。
变压器的漏感与分布电容影响分析
变压器的漏感与分布电容影响分析漏感与分布电容对输出波形的影响开关电源变压器一般可以等效成图2-43所示电路。
在图2-43中,Ls为漏感,也可称为分布电感,Cs为分布电容,为励磁电感,R为等效负载电阻。
其中分布电容Cs还应该包括次级线圈等效到初级线圈一侧的分布电容,即次级线圈的分布电容也可以等效到初级线圈回路中。
图2-43 开关电源变压器等效电路设次级线圈的分布电容为C2,等效到初级线圈后的分布电容为C1,则有下面关系式:上式中,Wc2为次级线圈分布电容C2存储的能量,Wc1为C2等效到初级线圈后的分布电容C1存储的能量;U1、U2分别为初、次级线圈的电压,U2 = nU1,n = N2/N1为变压比,N1 、N2分别为初、次级线圈的匝数。
由此可以求得C1为:C1 = n2C2 (2-121)(2-120)式不但可以用于对初、次级线圈分布电容等效电路的换算,同样可以用于对初、次级线圈电路中其它电容等效电路的换算。
所以,C2亦可以是次级线圈电路中的任意电容,C1为C2等效到初级线圈电路中的电容。
由此可以求得图2-43中,变压器的总分布电容Cs为:Cs = Cs1 + C1 = Cs1 +n2C2 (2-122)(2-122)式中,Cs为变压器的总分布电容,Cs1为变压器初级线圈的分布电容;C1为次级线圈电路中总电容C2(包括分布电容与电路中的电容)等效到初级线圈电路中的电容;n = N2/N1为变压比。
图2-43开关变压器的等效电路与一般变压器的等效电路,虽然看起来基本没有区别,但开关变压器的等效电路一般是不能用稳态电路进行分析的;即:图2-43中的等效负载电阻不是一个固定参数,它会随着开关电源的工作状态不断改变。
例如,在反激式开关电源中,当开关管导通时,开关变压器是没有功率输出的,即负载电阻R等于无限大;而对于正激式开关电源,当开关管导通时,开关变压器是有功率输出的,即负载电阻R既不等于无限大,也不等于0 。
变压器漏感
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VOLTECHNOTES
Voltech Instruments Ltd.
148 Sixth Street Harwell International Business Centre Harwell, Didcot, Ox11 0RA United Kingdom Telephone: +44 (0) 1235 834555 Facsimile: +44 (0) 1235 835016 E-mail: sales@
图 5. 变压器短路
零。测量得到的电感值因此就是真实的漏感 (LL)。
图 6. 变压器次级完全短路
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Leakage I nductance
VOLTECHNOTES
图 7.变压器短路阻抗误差。说明:匝数比 = 2
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图 8. 矢量图显示漏感与短路误差
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传统方案
图 2. 实际变压器显示出 额外的漏感
2
Leakage I nductance
VOLTECHNOTES
实际的变压器加入空气ຫໍສະໝຸດ 隙在某些变压器的设计中,漏感必须要在总的电感量占更大的比例,并设定一个小的误差。漏感量比例的增加通常 通过在磁芯中引入空气间隙来实现,因而降低磁芯的磁导率以及初级线圈的电感。因此初级线圈与次级线圈磁通 量不耦合部分所占的比例也会增加(图 3)。
Result 150µH 150µH 150µH
pass/fail
180µH 200µH 205µH
总结
漏感是变压器一个重要的特性,对于设计和生产工程师来说是一项特殊的测量挑战。Voltech 通过对影响测量的各种因素的完整分析,开发出了创新的测量技术来克服这些因素,为几乎 所有的变压器制造商提供唯一的解决方案。 如果有关于Voltech AT系列变压器测试仪其它任何测试功能的问题,请与我们联系。
有关漏感不得不说的那些事
有关漏感不得不说的那些事
本文分为从五个方面来谈漏感:1、漏感什么?
2、决定漏感大小的因素;
3、漏感计算公式;
4、漏感吸收电路结构;
5、漏感吸收电路损耗计算。
以下具体说明:
1、漏感是什么?
任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
2、决定漏感大小的因素。
变压器的漏感的标准
变压器的漏感是指在变压器的工作过程中,由于磁通的不完全闭合而产生的磁通损耗。
漏感是变压器的一个重要参数,它直接影响变压器的效率和性能。
为了确保变压器的正常运行和安全使用,国际上制定了一些标准来规定变压器的漏感。
一、漏感的定义和分类漏感是指在变压器中,由于磁通的不完全闭合而引起的磁通损耗。
根据磁通的路径不同,漏感可以分为主漏感和副漏感两种。
1. 主漏感:主漏感是指在变压器的主磁路中,由于磁通穿过铁心和绕组时引起的漏感。
主漏感主要包括铁心漏感和绕组漏感。
- 铁心漏感:铁心漏感是指在变压器的铁心中,由于磁通在铁心中传播时引起的漏感。
铁心漏感的大小与铁心的材料和结构有关,一般情况下,采用高导磁性和低磁导率的材料可以减小铁心漏感。
- 绕组漏感:绕组漏感是指在变压器的绕组中,由于磁通在绕组中传播时引起的漏感。
绕组漏感的大小与绕组的结构和形状有关,一般情况下,采用紧凑的绕组结构和合适的绕组层数可以减小绕组漏感。
2. 副漏感:副漏感是指在变压器的副磁路中,由于磁通穿过绕组和铁心之间的空气间隙时引起的漏感。
副漏感可以进一步分为窄副漏感和宽副漏感两种。
- 窄副漏感:窄副漏感是指在变压器的副磁路中,由于磁通在窄的空气间隙中传播时引起的漏感。
窄副漏感的大小与空气间隙的宽度有关,一般情况下,减小空气间隙的宽度可以减小窄副漏感。
- 宽副漏感:宽副漏感是指在变压器的副磁路中,由于磁通在宽的空气间隙中传播时引起的漏感。
宽副漏感的大小与空气间隙的宽度和长度有关,一般情况下,减小空气间隙的宽度和长度可以减小宽副漏感。
二、漏感的标准为了确保变压器的正常运行和安全使用,国际上制定了一些标准来规定变压器的漏感。
以下是一些常见的漏感标准:1. 漏感比:漏感比是指变压器的主漏感与副漏感之比。
一般情况下,漏感比在0.85到1.15之间,如果漏感比小于0.85或大于1.15,则说明变压器的设计存在问题,可能会影响变压器的性能。
2. 漏感损耗:漏感损耗是指变压器在工作过程中由于漏感引起的磁通损耗。
详解开关电源变压器的漏感
详解开关电源变压器的漏感任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
因此,分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
在设铁芯的截面积为S,S=πr2;初级线圈的截面积为S1,S1=πr21;次级线圈的截面积为S2,S2=πr22;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1,Sd1=S1-S;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2,Sd2=S2-S1;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1,在面积S1之内产生的磁通量为φ1,在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1’;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2,磁通量为φ2。
由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为:电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量(2-95)、(2-96)式中,μ0sd2H2=φ2就是变压器次级线圈N2对初级线圈N1的漏磁通;因为,这一部分磁通没有穿过变压器初级线圈N1。
漏磁通可以等。
变压器 漏感 励磁电感
变压器漏感励磁电感
得嘞,咱来聊聊这变压器、漏感和励磁电感的事儿。
变压器啊,它可是咱电力系统中不可或缺的一环,就好比咱北京胡同里的大爷大妈,少了谁这胡同都少点儿味儿。
变压器的主要功能就是变换电压,方便电能的传输和分配。
说到漏感,这就像是咱胡同里的小道消息,虽说不影响大局,但也得留意着点。
变压器里的漏感啊,主要是指由于线圈之间、线圈与铁芯之间,或是线圈与屏蔽层之间的磁通没有全部穿过绕组而引起的感应电动势。
虽然它产生的漏磁通和漏磁势相对较小,但也不能忽视,因为过多的漏感可能导致能量损失和电压波动。
再来说说励磁电感。
这就好比咱胡同里的大哥大,得有个领头儿的。
在变压器中,励磁电感主要指的是铁芯产生的磁通在绕组中产生的感应电动势所对应的电感。
这励磁电感可是变压器工作的重要参数之一,它影响着变压器的性能和工作状态。
所以啊,这变压器、漏感和励磁电感,三者相辅相成,缺一不可。
在变压器的设计、制造和使用过程中,咱们都得注意它们之间的关联和平衡,这样才能确保变压器的稳定、高效运行,为咱北京乃至全国的电力系统保驾护航。
开关电源变压器初级漏感测量方法
开关电源变压器初级漏感测量方法
嘿,朋友们!今天咱来聊聊开关电源变压器初级漏感测量方法。
这可真是个有趣的事儿呢!
你想啊,这开关电源变压器就好比是电路中的大力士,它得把电能好好地传递和转换。
而初级漏感呢,就像是这个大力士身上的小瑕疵,咱得想办法把它给找出来。
那怎么测量呢?咱可以用个简单又好用的办法,就像医生给病人看病一样。
先准备好一些工具,比如合适的仪器仪表啥的。
然后呢,把变压器接上电路,就像给大力士安排了一项任务。
这时候,咱就开始观察啦!看看电流啊、电压啊这些指标的变化,就像观察大力士干活时的状态一样。
如果发现有些不对劲的地方,那很可能就是初级漏感在捣乱呢!
咱还可以用一些特殊的技巧,比如说改变电路中的一些参数,看看对初级漏感有啥影响。
这就好比是给大力士换个不同的任务,看看他在新情况下的表现。
还有啊,就像我们人会有不同的性格特点一样,不同的变压器初级漏感也可能不一样哦!有的可能比较明显,一下子就能发现;有的呢,就比较隐蔽,得咱仔细去琢磨。
你说这测量初级漏感是不是挺有意思的?就跟玩侦探游戏似的,一点点地去寻找线索,解开谜题。
想象一下,如果我们不测量初级漏感,那会怎么样呢?就好比大力士身上的小瑕疵没被发现,可能会在关键时刻掉链子,影响整个电路的工作呀!那可不行,咱得把这个小麻烦给解决掉。
所以啊,大家可别小看了这个开关电源变压器初级漏感测量,它可是很重要的呢!它能让我们的电路更稳定、更可靠地工作。
总之,开关电源变压器初级漏感测量方法就是我们电路世界里的一把钥匙,能打开很多奥秘的大门。
大家一定要好好掌握它,让我们的电路世界更加精彩!
原创不易,请尊重原创,谢谢!。
开关变压器第十三讲开关变压器漏感分析
开关变压器第一讲变压器基本概念与工作原理现代电子设备对电源的工作效率、体积以及安全要求等技术性能指标越来越高,在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中,基本上都与开关变压器的技术指标有关。
开关电源变压器是开关电源中的关键器件,因此,在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。
在分析开关变压器的工作原理的时候,必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念,为此,这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。
在自然界中无处不存在电场和磁场,在带电物体的周围必然会存在电场,在电场的作用下,周围的物体都会感应带电;同样在带磁物体的周围必然会存在磁场,在磁场的作用下,周围的物体也都会被感应产生磁通。
现代磁学研究表明:一切磁现象都起源于电流。
磁性材料或磁感应也不例外,铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流,亦称分子电流,这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。
因为每一个微电流都产生磁效应,所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。
因此,磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。
在宏观条件下,磁场强度可以定义为空间某处磁场的大小。
我们知道,电场强度的概念是用单位电荷在电场中所产生的作用力来定义的,而在磁场中就很难找到一个类似于“单位电荷”或“单位磁场”的带磁物质来定义磁场强度,为此,电场强度的定义只好借用流过单位长度导体电流的概念来定义磁场强度,但这个概念本应该是用来定义电磁感应强度的,因为电磁场是可以互相产生感应的。
幸好,电磁感应强度不但与流过单位长度导体的电流大小相关,而且还与介质的属性有关。
所以,电磁感应强度可以在磁场强度的基础上再乘以一个代表介质属性的系数来表示。
这个代表介质属性的系数人们把它称为导磁率。
在电磁场理论中,磁场强度H的定义为:在真空中垂直于磁场方向的通电直导线,受到的磁场的作用力F跟电流I和导线长度的乘积I 的比值,称为通电直导线所在处的磁场强度。
精讲变压器的“寄生参数”——漏感与分布电容
精讲变压器的“寄生参数”——漏感与分布电容
本文主要为大家讲解一下变压器中的两个寄生参数,漏感与分布电容。
从定义到产生的原因,以及危害等多方面进行讲解。
大家好好学习吧!下面
先来介绍一下漏感的相关知识。
漏感的定义
漏感是电机初次级在耦合的过程中漏掉的那一部份磁通
变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏
磁的电感称为漏感。
漏感产生的原因
漏感的产生是由于某些初级(次级)磁通没有通过磁芯耦合到次级(初级),而是通过空气闭合返回到初级(次级)。
导线的电导率大约为空气电导率的109倍,而变压器用的铁氧体磁芯材料
的磁导率大约只有空气磁导率的104倍。
因此磁通在通过铁氧体磁芯构成的
磁路时,就会有一部分漏入空气,在空气中形成闭合磁路,从而产生漏磁。
而且随着工作频率的提高,所使用的铁氧体磁芯材料的磁导率会降低。
因此
在高频下,这种现象更为明显。
漏感的危害 
漏感是开关变压器的一项重要指标,对开关电源性能指标的影响很大,漏
感的存在,当开关器件截止瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,
使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
影响漏感的因素 
对于固定的已经制作好的变压器,漏感与以下几个因素有关:。
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种将输入电压转换为所需要的输出电压和电流的电源电路,其核心是磁性元器件。
磁性元器件主要包括变压器、电感和电感转变器等。
这些磁性元器件的分布参数对开关电源的性能起着重要的影响。
本文将详细介绍开关电源各磁性元器件的分布参数。
一、变压器的分布参数:1. 漏感Llk:变压器的漏感是指在变压器的两个绕组间存在一定的自感现象,即绕组之间产生的磁通量不能完全经过另一个绕组。
漏感的大小与绕组的结构和绕组之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得变压器的输出电压受到负载电流的影响。
2. 漏感阻抗Zlk:漏感阻抗是指变压器的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大,对电流的阻抗性能越好,输出电压的稳定性越高。
3.互感Lm:互感是指变压器的两个绕组之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得变压器实现电压转换,并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k:耦合系数是指变压器的两个绕组之间的磁耦合程度。
耦合系数越大,两个绕组之间的互感越强,输出电压的稳定性越好。
二、电感的分布参数:1. 漏感Llk:电感的漏感是指在电感线圈中存在一定的自感现象。
漏感的大小与线圈的结构和线圈之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得电感对交流电的阻抗性能增加。
2. 漏感阻抗Zlk:漏感阻抗是指电感的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大,对电流的阻抗性能越好。
3.互感Lm:互感是指两个电感线圈之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得电感实现电压转换,并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k:耦合系数是指电感的两个线圈之间的磁耦合程度。
耦合系数越大,两个线圈之间的互感越强,输出电压的稳定性越好。
三、电感转变器的分布参数:1. 输入电感Lint:输入电感是指电感转变器的输入端的电感。
输入电感的大小与电感转变器的结构和输入端的磁场环境有关。
2. 输出电感Lout:输出电感是指电感转变器的输出端的电感。
高频开关电源功率变压器的漏感
Ke ywor : wi hmo ep we sp l; p we a so me ; la a eid ca c ; E l ds s t d o r: py c u o rt n fr r e k g u tn e r n MI
1 引 言
近 年来 ,开 关 电源 以其效 率高 、体积 小 、重最 轻、功耗低 、稳定性高等优势逐渐 取代线性 电源 。信
中图分类号:T 3 M4 3 文献标识码 :B 文章编号: 10 —8 02 0 )50 5 —2 0 13 3 (0 60 —0 40
Le k g n a a eI duc a c fPo rTr nso m e n H i t n eo we a f r ri gh
t e man i tre e c o r e n t e c ru t I i p p r t e EM Ifo t e la a e i d ca c fp we r n f r r h i n e f r n e s u c si h ic i, n t s a e . h h m h e k g n u t n e o o rt so me r a wa e c i e isl .T e .t e r a o wa n l z d wh h e k g n u t n e h d c me i t en ,a d t e s d s rb d frt y h n h e sn s a ay e y t e la a e i d c a c a o no b i g n h
号频率越高 , 电源 内部 的电磁环境 也越 复杂 , 随之产
生 的电磁 干扰将 严重 影响 开关 电源 本身 以及外 围 电 子设备的正常工 。 由开 关电源 的工作原 可知 , 1 。
开关电源调试时常见的十种问题及解决办法
开关电源调试时常见的十种问题及解决办法1、变压器饱和变压器饱和现象:在(高压)或低压输入下开机(包含轻载,重载,容性负载),输出短路,动态负载,高温等情况下,通过变压器(和开关管)的(电流)呈非线性增长,当出现此现象时,电流的峰值无法预知及控制,可能导致电流过应力和因此而产生的开关管过压而损坏。
变压器饱和时的电流波形容易产生饱和的原因:1)变压器感量太大;2)圈数太少;3)变压器的饱和电流点比IC的最大限流点小;4)没有软启动。
解决办法:1)降低IC的限流点;2)加强软启动,使通过变压器的电流包络更缓慢上升。
2、Vds过高Vds的应力要求:最恶劣条件(最高输入电压,负载最大,环境温度最高,(电源)启动或短路测试)下,Vds的最大值不应超过额定规格的90% Vds降低的办法:1)减小平台电压:减小变压器原副边圈数比;2)减小尖峰电压:a. 减小漏感:变压器漏感在开关管开通时存储能量是产生这个尖峰电压的主要原因,减小漏感可以减小尖峰电压。
b. 调整吸收电路:①使用TVS管;②使用较慢速的(二极管),其本身可以吸收一定的能量(尖峰);③插入阻尼电阻可以使得波形更加平滑,利于减小EMI。
3、IC 温度过高原因及解决办法:1)内部的(MOSFET)损耗太大:开关损耗太大,变压器的寄生(电容)太大,造成MOSFET的开通、关断电流与Vds的交叉面积大。
解决办法:增加变压器绕组的距离,以减小层间电容,如同绕组分多层绕制时,层间加入一层绝缘胶带(层间绝缘) 。
2)散热不良:IC的很大一部分热量依靠引脚导到(PCB)及其上的铜箔,应尽量增加铜箔的面积并上更多的焊锡3)IC周围空气温度太高:IC应处于空气流动畅顺的地方,应远离零件温度太高的零件。
4、空载、轻载不能启动现象:空载、轻载不能启动,Vcc反复从启动电压和关断电压来回跳动。
原因:空载、轻载时,Vcc绕组的感应电压太低,而进入反复重启动状态。
解决办法:增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻,适当加上假负载。
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种能够将电源输入的直流电转换为经过开关管开关调制后的高频方波电流输出的电源。
开关电源中常使用到的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等。
本文将分别介绍这些磁性元器件的分布参数,包括互感系数、漏感系数、品质因数和饱和电感等。
1.变压器:变压器是开关电源中最常见的磁性元器件之一,其主要用于实现电压变换、隔离和电流控制等功能。
变压器的互感系数(k)是衡量一组线圈中能够转移能量的比例,k的范围通常在0.8到1之间。
当变压器的一端开路时,另一端的电流不能完全传导到另一线圈,形成了漏感。
漏感系数(k_m)是分析变压器性能的重要参数,其数值范围一般在0.03到0.3之间。
同时,变压器的品质因数(Q)是描述其在工作频率下的能量传输效率的指标,其数值越大,表示能量传输越高效。
2.电感器:电感器是通过感应磁场来储存和释放电能的元件。
开关电源中使用到的电感器主要包括电感线圈、磁环和电感峰值等。
电感线圈的主要参数是饱和电感(L_s)和功率损耗(R_s)。
饱和电感是在给定电流下,电感线圈中储存的能量的最大值。
功率损耗是电感器在工作时由于电阻而产生的能量损耗。
磁环是一种通过改变线圈的电流来调整电感器参数的设备。
3.磁环:磁环是用于储存和调整磁场能量的一种磁性材料。
在开关电源中,磁环主要用于调整电感器的感应能量。
磁环的厚度、面积和抗磁饱和能力等是影响其性能的重要参数。
4.补偿电感:开关电源中的补偿电感用于实现对电源端电感的变化进行补偿,从而提高系统的稳定性和效率。
补偿电感的主要参数是补偿比(R_c),它是补偿电感的导磁性能与电源端电感的比值。
当补偿比为1时,表示补偿电感和电源端电感的导磁性能相等。
综上所述,开关电源中的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等,它们都具有不同的分布参数。
了解和掌握这些分布参数有助于正确选择磁性元器件,优化开关电源的性能和效率。
开关电源变压器的漏感
开关电源变压器的漏感任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
因此,分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
图2-30是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。
下面我们就用图2-30来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理,并进行一些比较简单的计算。
在图2-30中,N1、N2分别为变压器的初、次级线圈,Tc是变压器铁芯。
r是变压器铁芯的半径,r1、r2分别是变压器初、次级线圈的半径;d1为初级线圈到铁芯的距离,d2为初、次级线圈之间的距离。
为了分析计算简单,这里假设变压器初、次级线圈的匝数以及线径相等,流过线圈的电流全部集中在线径的中心;因此,它们之间的距离全部是两线圈之间的中心距离,如虚线所示。
设铁芯的截面积为S,S=πr2 ;初级线圈的截面积为S1,S1=πr 21 ;次级线圈的截面积为S2,S2=πr22 ;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1,Sd1= S1-S;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2,Sd2 = S2-S1 ;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1,在面积S1之内产生的磁通量为φ1 ,在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1' ;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2,磁通量为φ2 。
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开关电源变压器的漏感
任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
因此,分析漏感产生的原
理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
图2-30是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。
下面我们就用图2-30来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理,并进行一些比较简单的计算。
在图2-30中,N1、N2分别为变压器的初、次级线圈,Tc 是变压器铁芯。
r 是变压器铁芯的半径,r1、r2分别是变压器初、次级线圈的半径;d1为初级线圈到铁芯的距离,d2为初、次级线圈之间的距离。
为了分析计算简单,这里假设变压器初、次级线圈的匝数以及线大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
径相等,流过线圈的电流全部集中在线径的中心;因此,它们之间的距离全部是两线圈之间的中心距离,如虚线所示。
设铁芯的截面积为S ,S=πr2;初级线圈的截面积为S1,S1=πr 21;次级线圈的截面积为S2,S2=πr22;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1,Sd1=S1-S ;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2,Sd2=S2-S1;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1,
在面积S1之内产生的磁通量为φ1,在面积Sd2之内产生的磁通量
为φ1';电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2,磁通量为φ2。
图2.30
由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为:大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
(2-95)、(2-96)式中,μ0sd2H2=φ2就是变压器次级线圈N 2对初级线圈N1的漏磁通;因为,这一部分磁通没有穿过变压器初级线圈N1。
漏磁通可以等效成是由一个电感单独产生,这个电感就称为漏感,记为Ls 。
同理,也可以求得流过变压器初级线圈N1中的电流I1产生的磁通量为:(2-96)式中,咋看起来,变压器初级线圈N1产生的磁通量φ1全部穿过变压器次级线圈N2,它们之间应该不存在漏磁通;但是,初级线圈在面积S1中产生的磁通φ1的方向与在面积Sd2中产生的磁通φ1的方向,正好互相相反;因此,变压器初级线圈N1在面积Sd2中产生的磁通φ1,仍然称为变压器初级线圈N1对变压器次级线
圈N2的漏磁通,其等效电感同样称为漏感。
下面我们根据图2-30来简单计算变压器初、次级线圈之间的漏感Ls 。
设两个线圈的间隙为d ,高度为h ,平均周长为g ,那么,次级线圈与初级线圈的间隙截面积Sd2,sd2=gd ,间隙的体积Vd2=gdh 。
当h >>d 时,可以认为在两个线圈的间隙中磁场强度是均匀的。
根据安培环路定律:磁场强度沿任何闭合回路的线积分,等于穿过该环大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
路所有电流强度的代数和。
由于磁场能量或强度以及电流强度基本都集中在级线圈之内,沿经过级线圈之内的磁闭合回路进行线积分的结果,主要也是对经过级线圈的路径进行积分,因此,在间隙面积hd 中的磁场强度为:
H=NI/h (2-97)
(2-97)式中,H 为漏感的磁场强度;N 为产生漏感线圈的匝数,
这里N 可以是N1或者N2;I 为流过线圈N1或者N2的电流;h 为两个线圈的高度。
[NextPage]由此我们可以求得漏感Ls 的漏磁通能量为:(2-98)、(2-99)式中,Ls 为漏感;μ0为空气的导磁率,在C
GS 绝对单位制中μ0=1,在SI 国际单位制中μ0=4π10-7(H/m ,亨利/米);g 为两个线圈之间的平均周长;d 为两个线圈之间的距离;h 为两个线圈之间的高度,N 为需要计算漏感线圈的匝数,可以是N1或N2。
如果我们拿(2-99)式与(2-67)式或(2-94)式进行对比,可以看出,线圈漏感与线圈的电感是没有本质区别的,只是磁路和磁通密度以及介质导磁率等参数需要根据实际情况来决定。
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对于计算多层线圈的漏感可以用上述方法,逐层进行计算,然后求代数和;或者把多层线圈等效成一层,然后按单层来计算。
实际中使用的变压器,其初、次级线圈的匝数不一定完全一样,导线的直径也不可能一样,还有线圈的高度也不可能一样,因此,精确计算每个线圈之间的漏感并不是一件很容易的事。
为了减少变压器初、次级线圈之间的漏感,在绕制变压器线圈的
时候可以把初、次级线圈层与层之间互相错开,如图2-31所示。
图2.31
在图2-31中,两个线圈之间实线箭头表示正磁通的方向,虚线表示反磁通的方向。
从图中可以看出,多层线圈间隙与间隙之间的正、反向磁通是可以部分抵消的,因此,变压器线圈的漏感可以减小。
例如:第2层线圈N2产生的正磁通,一部分落在第1层线圈N1的外面,属于漏磁通;但第2层线圈N2产生的反磁通,正好落在第3层线圈N1的里面;即:第2层次级线圈N2产生的正、反向磁通,正好落在初级线圈N1的第1层与第3层线圈之间,正、反向磁通的大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
作用可以互相抵消。
而第4层线圈N2产生的正、反向磁通,对第1层与第3层的初级线圈N1就没有太大的影响。
另外,从(2-99)式还可以看出,漏感的大小与两个线圈之间的距离还相关;如果把初、次级线圈用双平行或双交线来绕制,这样,两个线圈之间的距离就会变得小;特别是用双交线来绕制,相当于两层线圈不断交换里外位置,正、反向磁通互相抵消,因此,它们之间
的漏感特别小。
这种初、次级线圈采用双平行或双交线绕制的变压器一般多用于高频变压器,或脉冲变压器。
但这种变压器初、次级线圈之间的绝缘强度不高,很难在大功率开关电源中使用。
一般变压器初、次级线圈的漏感大约在1~2%左右,如果采用分层错开绕制工艺,漏感可以降低到1%之下;若采用双交线绕制工艺,线圈漏感可以降低到5‰以下。
另外,线圈漏感相对值的大小还与变压器铁芯的气隙长度有关,这个用(2-99)式与(2-94)式进行对比就可以知道。
变压器铁芯的气隙长度越大,其有效导磁率就越小,线圈漏感的相对值就越大。
对变压器线圈的漏感进行测试,方法很简单。
例如,要测试变压器初级线圈的漏感,只需要把变压器所有次级线圈的两端进行短路,然后用仪表接到初级线圈的两端进行测试,其结果就是初级线圈的漏感。
同理,需要对变压器次级线圈的漏感进行测试时,只需要把初级线圈的两端进行短路,然后用仪表接到次级线圈的两端进行测试,其结果就是次级线圈的漏感。
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