变压器设计及磁芯相关资料
变压器及磁性材料基本知识简介

Ls=
w Φs / I -----(1-19)
漏磁的影响,相当于在理想变压器的初次级回路中引入漏感Ls1 、 Ls2 ,初次级 电流在漏感上产生压降,使初次级感应电势E1 、 E2及负载电压降低。漏感抗是随着 工作频率增大而增大,对于工频变压器,由于工作频率低,一般可以忽略不计其影响 但对于音频变压器、高频变压器、如何减少漏感带来的影响则是一个重要课题。
U
1
O
w2
O
图1-1
4
晶石电子
(2)第二个物理过程——磁动生电(空载状态) 如图1-2所示,按照电磁感应定律,当线圈中的磁通发生变化,会在线圈两端产生感 应电动势E,感应电动势的大小与线圈的匝数成正比,与磁通的变化率成正比 (E=wdΦ/dt)。 我们知道在第一过程中铁芯里产生了交变磁通Φ0,Φ0交链初级线圈 w1 ,在w1的的两端产生自感电动势E1 。 Φ0又交链次级线圈w2,,在w1的的两端产生互感 电动势E2 。当磁通为正弦波时,由电磁感应公式E=wdΦ/dt可以推导出E1 、 E2 的大小 为: Φ0 E1 =4.44 w1 Φ0 f ------(1-1) E2 =4.44 w2 Φ0 f ------(1-2) w1 E2 = U2 式中: w1 ------初级匝数 E1 U1 w2------次级匝数 w2 Φ0 ------交变磁通(韦伯) f ------磁通变化频率(赫兹) 在理想状态下,初次级电阻为零,自感电动势E1与外电压U1之间的 图1-2 关系为:大小相等,方向相反;次级输出电压U2等于互感电动势E2 。 即: U1 = E1 =4.44 w1 Φ0 f ------(1-3) U2 = E2 =4.44 w2 Φ0 f ------(1-4) 这就是磁通变化而产生感应电动势E1 、 E2,即磁动生电过程。
反激式变压器及磁心设计

反激式变压器设计反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。
这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。
同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我算变压器的方法。
算变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大的输出功率。
下面我就来算了一个输入85V到265V,输出5V,2A 的电源,开关频率是100KHZ。
第一步就是选定原边感应电压VOR,这个值是由自己来设定的,这个值就决定了电源的占空比。
可能朋友们不理解什么是原边感应电压,是这样的,这要从下面看起,慢慢的来,这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,来分析一下一个工作周期,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压,开关开通时间,和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的I=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压,即放电电压,开关管关断时间,和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流的值会回到原来,不可能会变,所以,有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,,上升了的,等于下降了的,懂吗,好懂吧,上式中可以用D来代替TON,用1-D来代替TOOF,移项可得,D=VOR/(VOR+VS)。
此即是最大占空比了。
比如说我设计的这个,我选定感应电压为80V,VS为90V ,则D=80/(*80+90)=0.47第二步,确实原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值,这个值是这样算的,电流平均值=输出功率/效率*VS,因为输出功率乘以效率就是输入功率,然后输入功率再除以输入电压就是输入电流,这个就是平均值电流。
变压器设计

变压器设计(全球民用电压是110-240,极限电压是85-264(除中东民用电压277),实际电压最高达305)输入低压是指90V-132V,输入高压是指176-264一、磁芯选择:1、根据Ap计算磁芯:Ap=Aw*Ae=(Pt*10^4)/(2*△B*F*J*Ku)(根据Ap值可以知道Ae)Ap :变压器功率容量Aw :变压器绕线磁芯窗口面积Ae :磁芯有效截面积Pt :变压器传递功率(Pt=Po*η+Po)Po :输出功率η:输出效率△B:磁通密度变化量(取值0.15-0.3)取值越大,越容易饱和,且开关管承受硬力大;取值太小用铜线就越多,成本就增加(计算方式:△B=(Bs-Br)*C)C是小于等于1的倍率F :变压器工作频率J :磁芯电流密度(取值4-6),取值大变压器磁芯温升温度高,取值小磁芯成本增加Ku :窗口系数(取值0.2-0.5),取值小磁芯成本高,取值大工艺成本高2、根据功率计算(经验值):Po=Ae/2(一般反激)Po=2*Ae(LLC谐振、带PFC)二、圈数计算:1、Np=Vinmin*ton/△B/Ae= Vinmin*D*T/△B/Ae= Vinmin*D /△B/Ae/FNp :初级主绕组圈数Vinmin :最小输入直流电压(Vinmin=√2*Vacmin)Ton :导通时间△B :磁通密度变化量(取值0.15-0.3,经典取值0.17,0.2,0.23,0.27)Ae :磁芯有效截面积D :最大工作占空比(反激取值0.5以下)大了容易饱和,小了效率低,一般都在0.4-0.5之间非反激的产品会大于0.5F :工作频率T :工作周期Vacmin :最小输入AC电压Ns=(V o+Vd)*(1-D)*Np/(Vinmin*D)Ns :次级绕组圈数V o :输出电压Vd :输出二极管压降D :最大工作占空比Np :初级主绕组圈数Vinmin :最小输入直流电压三、反馈绕组(Vcc绕组):1、Nvcc=Vcc/((V o+Vd)/Ns)Vcc :IC工作电压Nvcc :Vcc绕组圈数V o :输出电压Vd ;VCC整流二极管压降Ns :次级圈数四、屏蔽绕组:1、屏蔽绕组用铜箔或是铜线,一般和骨架幅宽一致,铜箔1.1TS要比0.9TS相对效果好点。
电子变压器磁设计的基本原理

电子变压器磁设计的基本原理基本原理如下:1.磁感应强度和磁通密度:磁场是由磁感应强度H和磁通密度B组成的。
磁感应强度H是单位长度上的电流,磁通密度B是通过截面上的磁通量。
通过控制磁感应强度和磁通密度的大小,可以控制变压器的输入电压和输出电压之间的变换比例。
2.磁芯材料:磁芯材料的选择对变压器的性能起着重要作用。
常见的磁芯材料有硅钢和铁氧体。
硅钢具有低磁导率和高磁饱和磁导率的特性,适用于低频变压器;铁氧体具有高磁导率和低磁饱和磁导率的特性,适用于高频变压器。
磁芯材料的选择要考虑变压器的工作频率和功率损耗。
3.匝数:一个变压器通常由两个绕组组成,即输入绕组和输出绕组。
输入绕组的匝数与输出绕组的匝数之比称为变压器的变压比。
变压器的变压比决定了输入电压和输出电压之间的关系。
变压比的选择要根据实际需求和电路设计要求进行确定。
4.线径:绕组的线径会影响变压器的损耗和效率。
对于高电流的绕组,需要选择较大的线径以减少电阻损耗;对于低电流高频的绕组,可以选择较小的线径以减小铜损耗。
线径的选择要根据变压器的功率、电流和工作频率进行合理的设计。
5.电感和磁耦合:电感是变压器的重要参数,它与绕组的匝数和磁芯的磁性质相关。
磁耦合是指输入绕组和输出绕组之间的磁连接程度,它决定了输入电流和输出电流之间的传递效率。
通过合理设计变压器的电感和磁耦合,可以达到理想的电压变换效果。
总之,电子变压器的磁设计是基于磁场的基本原理,在给定的输入电压和输出电压条件下,通过选择合适的磁芯材料、匝数和线径,以实现电压的变换。
这一设计过程需要考虑变压器的工作频率、功率要求、损耗和效率等方面的因素,以满足实际应用的需求。
电子变压器的磁性分析与设计优化

电子变压器的磁性分析与设计优化电子变压器是电力系统中常见的重要组件,用于实现电能的变换和传输。
而在电子变压器的设计和优化中,磁性分析和设计是至关重要的环节。
本文将深入探讨电子变压器的磁性分析与设计优化,并提出一系列相关的技术和方法。
磁性分析是指对电子变压器的磁路进行分析和计算,以获得变压器工作过程中的磁场分布和磁场强度等相关参数。
通过磁性分析,我们可以了解变压器的磁路特性、能量转化效率、损耗情况等重要信息。
磁性分析可以使用有限元分析方法进行,通过建立合适的数学模型和模拟计算,可以得到准确的磁场分布和参数数据。
在电子变压器的磁性设计中,需要考虑的关键因素包括磁芯材料的选取、绕组的设计和布局、磁路的优化等。
首先,磁芯材料的选取对于电子变压器的性能至关重要。
常用的磁芯材料有硅钢片、铁氧体材料等,不同的材料具有不同的磁导率和磁化特性。
通过选择合适的磁芯材料,可以实现最佳的磁路性能和能量转换效率。
其次,绕组的设计和布局是电子变压器磁性设计的重要组成部分。
绕组的设计包括匝数的确定、绕线的选择和电流的计算等,而绕组的布局则涉及到绕组的位置、形状和相互之间的电气隔离等。
合理的绕组设计和布局可以有效地改善磁路的性能和减少功率损耗。
此外,磁路的优化也是电子变压器磁性设计的关键环节。
磁路的优化包括磁路的结构、尺寸和形状等方面。
通过对磁路的调整和优化,可以提高变压器的性能和效率,减少磁漏和铜损耗,并降低噪音和磁场干扰等不良影响。
为了实现电子变压器的磁性设计优化,我们可以采用一些先进的模拟和优化方法。
一种常用的方法是有限元分析,通过建立合适的模型和使用相应的软件工具,可以对变压器的磁场分布和参数进行准确的模拟和计算。
此外,还可以使用形状优化算法和多目标优化算法等方法,对变压器的磁路进行优化。
这些方法可以帮助我们找到最佳的磁路结构和尺寸,实现电子变压器的高效设计。
除了磁性分析和设计,电子变压器的温度和热特性也需要考虑。
温度对变压器的性能和寿命有着重要的影响,过高的温度可能会导致磁芯饱和、绕组损耗增加和绝缘材料老化等问题。
变压器与电感磁芯设计原则

变压器与电感磁芯设计原则首先,设计变压器与电感磁芯时需要考虑磁通密度。
磁通密度是指通过变压器与电感磁芯的磁通量与磁芯截面积的比值。
合理选择磁通密度可以提高变压器与电感磁芯的功率密度和效率。
高磁通密度可以减小磁芯尺寸和重量,但也会引起磁芯饱和和损耗增加。
因此,设计中需选择合适的磁通密度以兼顾性能和可靠性。
其次,磁芯材料的选择是设计的关键。
常见的磁芯材料有硅钢、铁氧体和磁性陶瓷等。
硅钢是常用的变压器和电感磁芯材料,具有低铁损和高磁导率的特点,可以实现较高的效率和低损耗。
铁氧体具有较高的磁导率和饱和磁感应强度,适用于高频应用。
磁性陶瓷适用于高温和高磁通密度的应用。
设计时需根据具体需求选择合适的磁芯材料。
此外,磁芯形状也会影响变压器与电感磁芯的性能。
常见的磁芯形状包括E型、I型、U型和T型等。
不同的磁芯形状对磁通密度和漏磁损耗有不同的影响。
合理选择磁芯形状可以减小漏磁损耗,提高变压器与电感磁芯的效率。
线圈匝数是变压器与电感磁芯设计中的另一个重要参数。
线圈匝数的选择决定了变压器与电感器的电压变换比和电感量。
通常,变压器与电感磁芯的效率随线圈匝数的增加而提高,但也增加了材料和制造成本。
因此,在设计中需要权衡功率密度、效率和成本等因素。
最后,铁损和铜损是变压器与电感磁芯设计过程中需要考虑的重要参数。
铁损是指磁芯材料在交流磁场中的能量损耗,主要由滞后损耗和涡流损耗组成。
铜损是指线圈导线中的能量损耗,与线圈电阻和电流密度有关。
设计时需要尽量减小铁损和铜损,以提高变压器与电感磁芯的效率和功率密度。
综上所述,变压器与电感磁芯的设计原则包括磁通密度、磁环材料选择、磁芯形状、线圈匝数、铁损和铜损等方面。
合理选择这些参数可以实现设计目标,提高变压器与电感磁芯的性能和可靠性。
电力变压器设计

电力变压器设计电力变压器是电力系统中必不可少的组件之一。
它是用来改变交流电压的设备,经常用于输电、配电、电力变换等领域。
设计一个优秀的电力变压器是很重要的,它直接影响到电力系统的运行和稳定性,因此需要结合许多因素来考虑。
选用合适的磁芯材料磁芯材料是电力变压器中最重要的部件之一,它会影响到整个变压器的性能。
常用的磁芯材料包括硅钢片、铁氧体和非晶合金等。
不同的磁芯材料各有优缺点,需要根据具体的变压器设计来选择。
硅钢片是最常用的磁性材料之一,因为它价格低廉,磁导率高且有较好的饱和特性。
铁氧体比硅钢片价格更高,但磁导率更高,因此更适合在高频应用中使用。
非晶合金则是一种新型的材料,它具有低磁损和高饱和磁感应强度等优点,但价格相对较高。
分析负载特性设计电力变压器的过程中,需要分析负载特性来确定变压器的额定容量和变比。
负载特性受到许多因素的影响,包括负载类型、容载率、系统电压以及供电稳定性等。
在确定变压器的额定容量时,需要考虑负载类型的变化。
有些负载是持续的,比如照明、加热等,而有些负载则是瞬时的,比如电动机的起动过程。
此外,负载的容载率也需要考虑,这是指变压器能够正常工作的负载水平。
根据负载特性的分析,可以得出变压器的额定容量和变比。
额定容量既要能够满足负载的需求,又要充分利用变压器的容量。
变比则是根据系统电压和变压器的额定容量来确定的。
考虑损耗和效率电力变压器在工作过程中会产生各种损耗,包括铁损、铜损、损耗和温度上升等。
这些损耗会影响到变压器的效率和使用寿命,因此需要尽量减少损耗的产生。
在设计变压器时,需要结合变压器的负载特性和材料来合理选择电缆和线圈的截面积和材料,以保证铜损的最小化。
此外,选择合适的磁芯材料和设计合适的磁路结构可以减少铁损。
损耗和效率也需要被考虑到。
高质量的变压器应该具有高效率和低损耗,以确保最大限度地利用发电能源和降低运行成本。
结论电力变压器是电力系统中重要的组件之一,它可以改变交流电的电压。
磁性元件及高频变压器设计讲解

磁性元件及高频变压器设计成继勋 2009.12.31(2011.3.22修改)1 磁性材料的磁化1.1 磁化曲线在外磁场(或电流)的作用下,磁性材料被磁化,磁化曲线如图图1.1 图1.2 在交变磁场的作用下,形成磁滞回线。
H H B r 0μμμ== (1.1)H -磁场强度,SI 单位制A/m ;CGS 制:Oe (奥斯特),1A/m=4π×10-3OeB -磁通密度(磁感应强度,磁化强度)SI 单位制:T (Tesla 特斯拉);CGS 制:Gs (高斯),1T=104Gs μ-磁导率,H/m (亨利/米);μ0-真空磁导率,SI 单位制中μ0= 4π×10-7H/m ,CGS 制中μ0=1。
μr -相对磁导率,无量纲 在均匀磁场中SB ϕ=(1.2)φ-磁通量,SI 单位制:Wb (韦,韦伯);CGS 制:Mx (麦,麦克斯韦)1Wb=10-8Mx S -面积,SI 单位制:m 2; CGS 制:cm 2Hs 称饱和磁场强度,Hc 称矫顽力 Bs 饱和磁通密度,Br 剩余磁通密度(剩磁)1.2 几个磁导率的概念(1)初始磁导率)0(0→∆∆=H HBi μμ (2)最大磁导率μm :磁化曲线上μm 的最大值max0HB m μμ=(3)增量磁导率(脉冲磁导率) μΔDCH H HB =∆∆∆=0μμ图1.3即在具有直流偏置磁场时,再加上一个交流磁场,这时测得的磁导率。
(4)幅值磁导率 μa没有直流偏置时,交变磁场强度的幅值与磁通密度幅值的关系称为幅值磁导率μa(5)有效磁导率μe在磁路中存在气隙,即非闭合磁路条件下,测得的磁导率为有效磁导率1.3 安培环路定律图1.4 图1.5∑⎰⎰==I dl H l d H lαcos (1.3) 对绕N 匝线,电流为I 的磁环NI Hl l d Hl==⎰ (1.4)式中,l=2πr 为磁路长度,H 为磁芯中的磁场强度为lNIH =(1.5) NI F = (1.6)称为磁(动)势,单位A ,常称为安匝。
变压器磁芯的种类及应用【最全资料】

变压器磁芯的种类及应用【最全资料】1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H 作用下,必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B,它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H 足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms 保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M 并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。
剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B 值。
矩形比:Br∕Bs矫顽力Hc:是表示材料磁化难易程度的量,取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。
磁导率μ:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密切相关。
初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。
居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。
它确定了磁性器件工作的上限温度。
损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 降低,磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc;降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。
在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散(mW)/表面积(cm2)3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路的要求确定器件的电压~电流特性。
器件的电压~电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。
变压器磁芯参数详解

变压器磁芯参数详解
变压器磁芯参数是指变压器磁路中磁芯的一些关键性能指标,这些参数对于变压器的性能和工作特性具有重要的影响。
1. 磁导率:磁导率是磁芯材料的重要参数,表示磁芯材料导磁能力的大小。
磁导率越大,磁芯的导磁能力越强,使得变压器的磁通密度更高,减小磁损耗和漏磁,提高变压器的能效。
2. 饱和磁通密度:饱和磁通密度是指磁芯材料在磁场作用下达到饱和状态时磁通密度的大小。
饱和磁通密度越大,变压器的磁芯体积可以更小,但过大的饱和磁通密度会导致变压器的饱和磁导率降低,影响电能传递效果和能效。
3. 矩形系数:矩形系数是指变压器磁芯的截面矩形的长宽比。
矩形系数越大,变压器的短路阻抗越大,对短路电流的耐受能力越强。
4. 损耗系数:损耗系数是指变压器磁芯的损耗与铁损耗的比值。
损耗系数越小,变压器的铁损耗越小,能效越高。
5. 铜损耗系数:铜损耗系数是指变压器铜线的损耗与铜损耗的比值。
铜损耗系数越小,变压器的铜损耗越小,能效越高。
这些参数可以根据变压器的应用需求和设计要求进行优化和选取,以提高变压器的效率和可靠性。
变压器与电感磁芯设计原则

变压器与电感磁芯设计原则1.电磁性能要求:变压器与电感磁芯的设计首先要满足电磁性能要求,包括工作频率、工作电流、感应电压等方面。
根据具体的应用需求,确定相应的电磁参数,并选择适当的磁芯材料和结构来实现设计要求。
2.磁芯材料的选择:根据变压器与电感磁芯的工作频率和最大磁通密度,选择合适的磁芯材料。
目前常用的磁芯材料有软磁合金、铁氧体、铁氧体陶瓷等。
软磁合金具有较低的磁导率和磁滞损耗,适用于高频应用;铁氧体具有较高的磁导率和饱和磁感应强度,适用于低频应用。
3.磁芯结构与绕组的设计:磁芯的结构设计要考虑铁芯的磁通导磁路径,以提高磁能的传递效率。
通常采用环形、E型、I型等结构,根据应用需求选择合适的结构类型。
另外,绕组的设计也十分重要,应考虑到导线的材料、截面积、绕组方式等因素,以减小电阻、电感和电容等对电磁性能的影响。
4.磁芯的尺寸和形状的确定:磁芯的尺寸和形状的确定与应用要求和制造工艺密切相关。
根据磁芯的导磁效果和能耗要求,确定合适的磁芯截面积、高度、宽度等尺寸,并考虑到生产工艺的可实现性。
5.磁芯的冷却设计:对于具有较高功率和周围环境温度较高的变压器和电感磁芯,需要考虑冷却问题。
通常采用风冷或水冷方式,通过散热器、散热片等冷却装置,以确保磁芯在正常工作温度范围内,提高磁芯的工作效率和可靠性。
6.温度与功率因素的考虑:在设计变压器和电感磁芯时,需要考虑温度对磁芯材料和绕组性能的影响,以保证设备在工作范围内长期稳定运行。
此外,根据设备的实际功率需求,选择合适的磁芯材料和尺寸,以满足设备的功率需求。
总而言之,变压器与电感磁芯的设计需要综合考虑电磁性能要求、磁芯材料、磁芯结构和绕组设计、尺寸与形状、冷却设计、温度与功率因素等因素,以实现设备的高效运行和可靠性。
设计时应根据具体应用需求,合理选择并权衡各种设计因素,以确保设计方案的合理性和可实现性。
反激式变压器及磁心设计

反激式变压器设计反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。
这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。
同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我算变压器的方法。
算变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大的输出功率。
下面我就来算了一个输入85V到265V,输出5V,2A 的电源,开关频率是100KHZ。
第一步就是选定原边感应电压VOR,这个值是由自己来设定的,这个值就决定了电源的占空比。
可能朋友们不理解什么是原边感应电压,是这样的,这要从下面看起,慢慢的来,这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,来分析一下一个工作周期,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压,开关开通时间,和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的I=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压,即放电电压,开关管关断时间,和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流的值会回到原来,不可能会变,所以,有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,,上升了的,等于下降了的,懂吗,好懂吧,上式中可以用D来代替TON,用1-D来代替TOOF,移项可得,D=VOR/(VOR+VS)。
此即是最大占空比了。
比如说我设计的这个,我选定感应电压为80V,VS为90V ,则D=80/(*80+90)=0.47第二步,确实原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值,这个值是这样算的,电流平均值=输出功率/效率*VS,因为输出功率乘以效率就是输入功率,然后输入功率再除以输入电压就是输入电流,这个就是平均值电流。
高频变压器磁芯的设计原理

高频变压器磁芯的设计原理
1.磁性材料的选择:高频变压器通常使用铁氧体作为磁芯材料。
铁氧体具有高磁导率、低磁导率傅立叶频谱、低铁损耗和低饱和磁感应强度等优点,非常适合高频变压器的使用。
在选择铁氧体材料时,需要考虑其磁导率和损耗特性,以保证变压器的高效工作。
2.磁芯形状和尺寸设计:磁芯的形状和尺寸直接影响变压器的工作性能。
常见的磁芯形状包括E型、I型、U型和EE型等。
选择合适的磁芯形状可以提高磁传导效率和减小漏磁等问题。
此外,磁芯的尺寸也需要根据具体应用的功率和电流大小来确定,以确保变压器的工作稳定性和效率。
3.匝数和绕组设计:磁芯的设计还需要考虑变压器的匝数和绕组。
匝数决定了变压器的变比,而绕组则是将电能从一个线圈传递到另一个线圈的关键部分。
在设计过程中,需要合理选择匝数和绕组的结构,以达到所需的电压转换效果。
4.漏磁和磁交流损耗的抑制:高频变压器在工作过程中会产生漏磁和磁交流损耗,影响变压器的转换效率和稳定性。
为了抑制漏磁和磁损耗,可采取一些措施,如合理布置绕组、增加绕组间隙、使用隔离层等。
5.独立开关电源的设计:高频变压器通常由独立开关电源供电,因此在设计过程中需要考虑电源的功率和稳定性等因素,以确保变压器的正常运行。
总之,高频变压器磁芯的设计原理涉及到磁性材料的选择、磁芯形状和尺寸的设计、匝数和绕组设计、漏磁和磁交流损耗的抑制以及独立开关电源的设计等方面。
通过合理的设计,可以提高变压器的转换效率和稳定性,满足各种应用的需求。
变压器与电感磁芯设计原则

变压器与电感磁芯大小设计2016/10/6 HIT_yys一、变压器与电感传统意义上的变压器为正弦输入正弦输出的变压器,输入的同时产生输出,输入切断输出也立马切断。
随着高频开关电源的普及,变压器的范围也逐渐拓展,如正激电路变压器、LLC 电路变压器、移相全桥变压器等,这些变压器的工作形式与传统意义的变压器还是比较接近的,在原边有电流时副边也有电流输出,而原边无电流时副边也无电流,仅是工作时的输入电压波形不同,在此将其统称为正激型变压器。
而反激电路中,变压器的工作形式与传统的变压器便不再相同,因为反激电路中原边有电流时副边无电流,而原边电流关断时副边开始输出,因而反激变压器一般也会叫做耦合电感。
变压器或者电感设计的核心问题是保证磁芯不饱和。
二、变压器磁芯设计三个基本原则:原边的基尔霍夫电压环路定律:in 10+=u e法拉第电磁感应定律:d d e N dt dtϕψ=-=- 毕奥-萨伐尔定律的推广形式:e B A ϕμμ=Ni =Hl =l l (1)变压器工作时的磁分析对于正激型变压器,记原边产生的磁通为1ϕ,副边产生的磁通为2ϕ,则原边磁通与副边磁通之差(12ϕϕ-)即为励磁磁通ϕ,也为原边的净磁通。
空载时,记原边产生的磁通为10ϕ,此时副边产生的磁通200ϕ=,则励磁磁通(原边或者副边的净磁通)0102010ϕϕϕϕ=-=,原边回路的基尔霍夫电压环路定律可写为:in 10+=u e ,其中感应电动势可根据法拉第电磁感应定律计算(d d e N dt dtϕψ=-=-)。
因而有:010in 111e d d dBN N N A dt dt dtϕϕ===u ,据此可求出磁芯的励磁磁场,进而可根据毕奥-萨伐尔定律的推广形式求得励磁电流。
另一方面,若知道原边的励磁电感L ,则可根据以下方程组先求出磁芯中的励磁电流,然后求得磁芯中的磁场状态。
in 1d dt N μ⎧=⎪⎪⎨⎪⎪⎩iL u i =Hl B =H (由上述两个方程求得的磁芯中磁场状态是一致的,因为原边的电感量为:22e 11Aμ⨯=⨯L =Al N N l,将其带入上述方程组中便可得到与前述同样的结果)当副边带载时,记原边产生的磁通为1ϕ,副边产生的磁通为2ϕ,副边产生的磁通方向与原边相反,此时通过原边的净磁通便为12ϕϕϕ=-。
变压器设计基本知识

变压器设计基本知识一、开关电源变压器是开关型功率变换器中的核心部件,其作用有三:磁能转换、电压变换和绝缘隔离。
在开关晶体管的开关作用下,将直流电转变成方波施加于开关电源变压器上,经开关电源变压器的电磁转换,将输入功率传递到负载,输出所需要的电压。
由于开关变压器的工作频率很高,因此它的体积和重量比工频变压器大为缩小,同时变压器的分布参数亦不能忽略。
开关变压器的性能好坏,不仅影响变压器本身的发热和效率等,而且还会影响到开关电源的技术性能和可靠性。
所以在设计制作时,对磁心材料的选择,磁心与线圈的结构,绕制工艺等都要有周密考虑。
开关电源变压器工作于高频状态,分布参数的影响不能忽略,这些分布参数有漏感、分布电容和电流在导体中流动的趋肤效应。
一般根据开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值,在变压器的线圈结构设计中实现,而趋肤效应影响则作为选择导线规格大小的条件之一。
设计变压器时,应当预先知道电路拓扑、工作频率、输入和输出电压、输出功率或输出电流以及环境条件。
同时还应当知道所设计的变压器允许多大损耗。
总是以满足最坏情况设计变压器,保证设计的变压器在规定的任何情况下都能满意工作。
这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定,包括:输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出的功率Pout、效率η、开关频率fs(或周期T)、线路主开关管的耐压Vmos。
同时,在变压器的设计制作中还有一些工艺问题需要注意。
二、设计开关电源变压器主要考虑以下方面问题:(1)选择高频变压器磁芯、胶芯的时候,需评估该件的80%承受功率是否可以满足所需要求。
(2)原材料评估,磁芯、胶芯、铜线、胶带、套管等材料需选择通用容易采购,材料的特性、绝缘性能、耐温、安规标准、ROHS等选择需合理标准化。
(3)磁芯,高频变压器中使用的是软磁材料。
磁性材料的性能是决定开关变压器性能的重要因素,选择适合的磁性材料是开关变压器设计制作的关键。
开关变压器通常工作在几十KHz以上的频率,它要求磁性材料在工作频率下功耗尽可能小,此外,还要求磁性材料和饱和磁感应强度高,温度稳定性好。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
磁性器件中磁芯的选用及设计
开关电源中使用的磁性器件较多,其中常用的软磁器件有:作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
不同的器件对材料的性能要求各不相同,如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。
(一)、高频功率变压器
变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。
变压器的设计公式如下:
P=K*f*N*B*S*I×10-6T=hc*Pc+hW*PW
其中,P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积;B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确定的系数。
由以上公式可以看出:高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。
但B值的增加受到材料的Bs值的限制。
而频率f可以提高几个数量级,从而有可能使体积重量显著减小。
而低的铁芯损耗可以降低温升,温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。
一般来说,开关电源对材料的主要要求是:尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性,有些用途要求较高的矩形比,对应力等不敏感、稳定性好,价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限,对材料磁性的要求有别于前述主变压器。
它实际上是一只单端脉冲变压器,因而要求具有大的B=Bm-Br,即磁感Bm和剩磁Br之差要大;同时要求高的脉冲磁导率。
特别是对于单端反激式开关主变压器,或称储能变压器,要考虑储能要求。
线圈储能的多少取决于两个因素:一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L,另一个是工作磁场Hm或工作电流I,储能W=1/2LI2。
这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率,常为宽恒导磁材料。
对于工作在±Bm 之间的变压器来说,要求其磁滞回线的面积,特别是在高频下的回线面积要小,同时为降低空载损耗、减小励磁电流,应有高磁导率,最合适的为封闭式环形铁芯,其磁滞回线见图所示,这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
通常,金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的,而对于非晶合金来说,它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等,此外它不存在长程有序的原子排列,其电阻率比一般的晶态合金高2-3倍,加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带,特别适用于高频功率输出变压器。
已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯,在频率20-50kHz、功率50kW以下,是变压器最佳磁芯材料。
近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器,具有高频大功率的特点,因此要求变压器铁芯材料具有低的高频损耗、高的饱和磁感Bs和低的Br以获得大的工作磁感B,使焊机体积和重量减小。
常用的用于高频弧焊电源的铁芯材料为铁氧体,虽然由于其电阻率高而具有低的高频损耗,但其温度稳定性较差,工作磁感较低,变压器体积和重量较大,已不能满足新型弧焊机的要求。
采用纳米晶环形铁芯后,由于其具有高的Bs 值(Bs>1.2T),高的ΔB 值(ΔB>0.7T),很高的脉冲磁导率和低的损耗,频率可达100kHz. 可使铁芯的体积和重量大为减小。
近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只,用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成的焊机,不仅体积小、重量轻、便于携带,而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高。
这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中。
可根据开关电源的频率选用磁芯材料。
环形纳米晶铁芯具有很多优点,但它也有绕线困难的不利因素。
为了在匝数较多时绕线方便,可选用高频大功率C 型非晶纳米晶铁芯。
采用低应力粘结剂固化及新的切割工艺制成的非晶纳米晶合金C 型铁芯的性能明显优于硅钢C 型铁芯。
目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等。
逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有: 120A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A 系列。
(二)、脉冲变压器铁芯
脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。
当一系列脉冲持续时间为td(μs),脉冲幅值电压为Um(V)的单极性脉冲电压加到匝数为N的脉冲变压器绕组上时,在每一个脉冲结束时,铁芯中的磁感应强度增量ΔB(T)为:Δ
B=Um*td/N*Sc×10-2,其中Sc为铁芯的有效截面积(cm2),即磁感应强度增量ΔB与脉冲电压的面积(伏秒乘积)成正比。
对输出单向脉冲时,ΔB=Bm-Br,如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时,ΔB=Bm+Br。
在脉冲状态下,由动态脉冲磁滞回线的ΔB与相应的ΔHp之比为脉冲磁导率μp。
理想的脉冲波形是指矩形脉冲波,由于电路的参数影响,实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异,经常会发生畸变。
比如脉冲前沿的上升时间tr与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容Cs成比例,脉冲顶降λ与励磁电感Lm成反比,另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。
脉冲变压器的漏电感Ls=4β*π*N21 lm/h
脉冲变压器的初级励磁电感Lm=4μπp Sc N2/I×10-9
涡流损耗Pe=Um d2td IF/12 N21 Sc
β为与绕组结构型式有关的系数,lm为绕组线圈的平均匝长,h为绕组线圈的宽度,N1为初级绕组匝数,l为铁芯的平均磁路长度,Sc为铁芯的
截面积,μp为铁芯的脉冲磁导率,ρ为铁芯材料的电阻率,d为铁芯材料的厚度,F为脉冲重复频率。
从以上公式可以看出,在给定的匝数和铁芯截面积时,脉冲宽度愈大,要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB也越大;在脉冲宽度给定时,提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB,可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数,即可缩小脉冲变压器的体积。
要减小脉冲波形前沿的失真,应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容,为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少,这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。
为减小顶降,要尽可能的提高初级励磁电感量Lm,这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率μp。
为减小涡流损耗,应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料,尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。
脉冲变压器对铁芯材料的要求为:
①高饱和磁感应强度Bs值
②高的脉冲磁导率,能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感
③大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁感应材料;当采用附加直流偏磁时,要求铁芯具有高矩形比,小矫顽力Hc。
④小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高
⑤损耗小。
铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低,在小功率脉冲变压器中应用较多,但其ΔB和μp均较低,温度稳定性差,一般用于对顶降和后沿要求不高的场合。
(三). 电感器磁芯
铁芯电感器是一种基本元件,在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用,在电子设备中应用极为广泛。
对电感器的主要要求有以下几点:
①在一定温度下长期工作时,电感器的电感量随时间的变化率应保持最小;
②在给定工作温度变化范围内,电感量的温度系数应保持在容许限度之内;
③电感器的电损耗和磁损耗低;
④非线性歧变小;
⑤价格低,体积小。
电感元件与电感量L、品质因素Q、铁芯重量W、绕线的直流电阻R 有着密切的关系。
电感L 抗拒交流电流的能力用感抗值ZL来表示:ZL = 2πfL , 频率f 越高,感抗值ZL 越大。