电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器,这里我们这种讨论初次J隔离的变压器,因为这种变压器在开关电源中应用为广泛。
变压器的作用大致是提供初次J的电气隔离,使输出电压或升或降,传送能量;变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规,EMC,效率,温升,输出的电气性能参数,寿命,可靠性,甚至会导致系统的崩溃。
变压器的工艺,是个大难题。
升压的做过,但经验不多,说说个人的理解,不一定对,权作参考与讨论之用。
升压变压器的难点,因为绕组的圈数太多,漏感与分布电容很难两全其美;这个时候我觉得应该从以下几个方面着手:
1、在选择变压器的时候,如果结构尺寸允许的话,我们尽量选择高长型(立式)或窄长(卧式)型的,因为这种变压器单层绕线圈数多,可以有效降低绕线的层数,增加初次J的耦合,减小层间电容。
增加初次J的耦合,可以减小变压器的漏感,但会增加初次J间的分布电容。
升压变压器,难搞得就是漏感和分布电容不好处理,很容易震荡。
如果升压比比较大,应该分槽绕制,这个是减低分布电容的好办法,大家看一看电视机中的高压包就知道了,黑白电视机输入电压12V,高压应该是在12000左右,没有用倍压整流,搞定。次J估计分槽在十个左右。另外还使用的谐振技术。类似于现在用的反激准谐振,功率管关断时初J的谐振电压在一百多伏,这样变压器的变比只需要100倍了,如果分10个槽,每个槽只相当于1:10。经典的设计,仅供参考!
2、优化绕线顺序,使初次J能增减耦合面积;曾经用过这种绕法:1/3次J--1/2初J--1/3次J--1/2初J--1/3次J,结果表明此种绕法漏感可以小很多。
当然这种变压器绕制工艺稍显复杂,成本稍高,但还是可以接受。
3、层间电容大家都知道,每层之间加黄胶带,便可减少层间电容。
当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下,做出的改进;对于升压电源,漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡,使电源的EMC不好过,效率不高,有时会莫M其妙的炸MOS管(我实际碰到过的情况)。
至于温升其实设计时的计算温升只能做一个参考,影响温升的参数较多,比如不同厂家,不同电路模式磁芯损耗都不一样,甚至连磁芯的组装也会影响到温升,比如PQ变压器只磨中柱的变压器温升会比两边垫气息的温升高,铜损的计算会稍准一些,但电流计算不准也会造成铜损计算不准!
理论设计始终与实际测试有出入,只是经验丰富的计算出来的变压器误差小一些,大多数还是要稍作调整!
磁性元件的设计中存在太多的不确定因素,比如同样的绕制工艺要求,不同厂家做出来的会有小小的差异,还有磁芯材质的差异,因为不是每个工厂都用得起TDK的磁芯,所以,我认为设计是需要丰富的经验加上实际的调试来确定参数。我一般都是线大概计算下参数,然后在实际中调试,确定的参数主要是看调试的效果。
我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损,先来说说铁损吧。
变压器的铁损包括三个方面:
一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器磁芯的磁力线其方向和大小随之变化,使得磁芯内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。
二是涡流损耗,当变压器工作时。磁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使磁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。
三是剩余损耗,在磁芯磁化或反磁化的过程中,磁化状态并不是随磁化强度变化而立即变化,有个滞后时间,滞后效应便是引起剩余损耗的原因。
从铁损包含的三个个方面的定义上看,只要控制磁力线的大小便可降低磁滞损耗,减少磁芯与磁力线垂直的面积可以减少涡流损耗。