开关电源变压器设计与材料选择精品PPT课件

f*B(HzT) f*B (HzT)
50000
5000 0
EPCOS
Pcv=500 kw/m3
Pcv=300 kw/m3
32000HzT
Pcv=100 kw/m3 22000HzT
N49
N97
50000
Ferroxcube
40000
35000HzT
Pcv=500 kw/m3 Pcv=300 kw/m3
10000 3C96
Pcv=100 kw/m3
3F3253000HzT
3F4 T=100℃
f(kHz)
1000
0
200
f(kHz)
Fra Baidu bibliotek
2000
f .B: 表现一个材料在一个频率下所能通过的B的能力
A.频率提高, 磁能材料能够通过功率的能力提高 B.频率提高到一定程度,会有一个更好的高频材料来接替
8
磁心的选择
一三相限:Full bridge 一相限:forward DC Bias:flyback
单位体积磁损公式： Pcv Cm Bacx fs y CT
材料的损耗指标:固定Pcv时的FxB公式
F
*B
( Cm
Pcv CT
f
yx
)1/ x
7
不同铁氧体的使用频率
Pthr N p Ae I p ( f B) f .B: Material performance factor
应用于ＰＣＢ绕组等预制好的绕组的变压器和电感器
12
磁心的选择
磁性材料的选择依据 1.工作频率范围 2.饱和磁密大小
磁心形状的选择依据
1.功率密度的要求
2.成品高度的限制 3.绕组的多少 4.线包的引出线形式
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绕组的结构
Simple
Sandwich
Interleaving
漏
感
减
小
交
流
损
耗
减
小
隔
离
E 的感生电势
E d (N ) dt
I in
变压器 m
Vin
Lk
I out Vout
跟据法拉第定律:
d Vin dt (Np (m Lk ))
Vout
d dt
(Ns (m ))
m Lk
Vout n Ns
Vin
Np
4
变压器电流关系
楞次定律---变压器的电流关系
楞次定律 导体
变化磁场
跟据楞次定律, p s
Np Score Iin / l Ns Score Iout / l
N p n Iout
Ns
Iin
5
可用作变压器的软磁材料
锰锌铁氧体(Mn-Zn Ferrite):
高频开关电源变压器 （40KHz-2MHz)
功率铁氧体
可 用
镍锌铁氧体(Ni-Zn Ferrite):
结
构
复
杂
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常用导 线
名称:漆包线,电磁线 结构:圆铜线外覆绝缘漆 规格:0.04mm-1.0mm
名称:三层绝缘线 结构:圆铜线外覆三层绝缘膜,耐压<3000Vac 规格:0.2mm-1.0mm
名称:铜箔,铜皮 结构:纯铜薄片,使用时需加绝缘 规格:厚0.025,0.05mm常用作屏蔽层
厚>0.05mm 常用作绕组导线
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选择磁心的形状
常用铁心形状B
PJ EQ
Planar EE
形状分类 PJ EQ Planar EE
特点
ＰＯＴ Core的改进版，Ae大窗口小，磁屏 蔽效果好；高度较矮
ＰＪ，ＰＱ的改进版，窗口条件比PJ好， 高度和Ae比ＰＱ好；磁屏蔽效果不如PJ
低高度，Ae大，窗口小；中柱长宽比大， 不适于绕线
适用情况 用于高功率密度且对高度有一定要求的变压器设计；不适 合飞线，不适合使用Margin tape做安规
磁心的Bmax的选择方法
一般情况下
fs<150KHz,Bmax取决于Bs,
假设fs=100KHz,取Bs的80%为基准, 材质3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT
fs>300KHz, Bmax取决磁损
假设频率fs=400KHz, 取单位磁损为300mw/cc,材质N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mT fs在150K至300K之间时, Bs和Pcv都考虑,取其小值. 假设频率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv<300mw/cc B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT, 取B1和B2中的小值作为Bmax=136mT
目录
• 变压器的结构和组成 • 变压器的设计
1
变压器的结构和组成
2
变压器
励磁磁通 漏磁磁通
原边绕组
I in Vin
m I out
导磁回路(磁心)
Lk
Vout
副边绕组
一次侧
1.改变电压 2.隔离电路
二次侧
3
绕组的电压关系
法拉第定律: 交变磁场中的电动势:
法拉第定律 空间回路
变化磁场
变化磁场在闭 合回路中产生
名称:多股绞线，Litz线，李兹线 结构:多根同规格的漆包线制的绞线 规格:0.1xN,0.12xN,0.2xN等
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常用导 线
名称:镀锡线，镀锡铜线 结构:圆铜线外镀锡 规格:0.2-1.0,常用作引脚,跳线,需要加绝缘
变化磁场在闭合回路中 产生的感生电流
i
描述:闭合回路中感应电流的方向，总是 使得它所激发的磁场来”阻碍”引起感应 电流的磁通量的变化
磁通不能突变
感生电流所产生的磁场
I in
实际通过闭合回路的磁场
m I out
应用:通常变压器的电流决定于负载
Iout Pout / Vout
Vin
Lk
Vout
s Ns Score Iout / l
高频开关电源变压器 （>2MHz)
作
变
压
器
的
磁
性 材
非晶，超微晶，纳米晶:
料
中低频开关电源变压器 （＜40KHz)
硅钢片
工频变压器
6
铁氧体材料的选择
选择磁性材料的关键点：
Ａ：磁心的饱和磁密 Ｂ：磁心的损耗 (储能与放能之差)
BH曲线 B Bm
Bac
Bac
Bac
磁损曲线
H Hdc=0 Hdc Hdc
小功率的辅助电源，大 功率电源，
应用于功率密度较低的 场合
EFD
平面化的EE类铁 心
应用情况同上，应用于 功率密度较低，且要求 Low Profile，表贴或 沉降式结构
PQ,RM
窗口面积较ＥＥ 类的小，而Ae较 ＥＥ类的大，
应用于高功率密度的条 件．
也适于作输出电感或Ｐ ＦＣ电感
窗口开口较小，不适合 作很多路输出变压器
9
不同特性的铁氧体材质
常规的低频材料
飞磁的常规,高饱,低温和高温低频材料
常规的高频材料
高温 高饱
低温
常规3C96
TDK低频宽温材料PC95对比
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选择磁心的形状
常用铁心形状A
EE
ER,EC,ETD
EFD PQ
RM
形状分 类
特点
适用情况
EE,ER,E C,ETD
常规铁心,价格低 廉,窗口面积大, 大功率时易作安 规.