開關(guān)電源變壓器選擇

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1、開關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法1開關(guān)電源功率變壓器的特性功率變壓器是開關(guān)電源中非常重要的部件,它和普通電源變壓器一樣也是通過磁耦合來傳輸能量的。不過在這種功率變壓器中實(shí)現(xiàn)磁耦合的磁路不是普通變壓器中的硅鋼片,而是在高頻情況下工作的磁導(dǎo)率較高的鐵氧體磁心或鈹莫合金等磁性材料,其目的是為了獲得較大的勵磁電感、減小磁路中的功率損耗,使之能以最小的損耗和相位失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。圖1(A)為加在脈沖變壓器輸入端的矩形脈沖波,圖1(B)為輸出端得到的輸出波形,可以看出脈沖變壓器帶來的波形失真主要有以下幾個方面:?????圖1脈沖變壓器

2、輸入、輸出波形?????(A)輸入波形(B)輸出波形(1)上升沿和下降沿變得傾斜,即存在上升時間和下降時間;(2)上升過程的末了時刻,有上沖,甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象;(3)下降過程的末了時刻,有下沖,也可能出現(xiàn)振蕩波形;(4)平頂部分是逐漸降落的。這些失真反映了實(shí)際脈沖變壓器和理想變壓器的差別,考慮到各種因素對波形的影響,可以得到如圖2所示的脈沖變壓器等效電路。圖中:RSI——信號源UI的內(nèi)阻RP——一次繞組的電阻RM——磁心損耗(對鐵氧體磁心,可以忽略)T——理想變壓器RSO——二次繞組的電阻RL——負(fù)載電阻C1、C2——一次和二次繞

3、組的等效分布電容LIN、LIS——一次和二次繞組的漏感LM1——一次繞組電感,也叫勵磁電感N——理想變壓器的匝數(shù)比,N=N1/N2?????圖2脈沖變壓器的等效電路將圖2所示電路的二次回路折合到一次,做近似處理,合并某些參數(shù),可得圖3所示電路,漏感LI包括LIN和LIS,總分布電容C包括C1和C2;總電阻RS包括RSI、RP和RSO;LM1是勵磁電感,和前述的LM1相同;RL′是RL等效到一次側(cè)的阻值,RL′=RL/N2,折合后的輸出電壓U′O=UO/N。經(jīng)過這樣處理后,等效電路中只有5個元件,但在脈沖作用的各段時間內(nèi),每個元件并

4、不都是同時起主要作用,我們知道任何一個脈沖波形可以分解成基波與許多諧波的疊加。脈沖的上升沿和下降沿包含著各種高頻分量,而脈沖的平頂部分包含著各種低頻分量。因此在上升、下降和平頂過程中,各元件(L、C等)表現(xiàn)出來的阻抗也不一樣,因此我們把這一過程分成幾個階段來分析,分別找出各階段起主要作用的元件,而忽略次要的因素。例如,當(dāng)輸入信號為矩形脈沖時,可以分3個階段來分析,即上升階段、平頂階段和下降階段。(1)上升階段對于通常的正脈沖而言,上升階段即脈沖前沿,信號中包含豐富的高頻成分,當(dāng)高頻分量通過脈沖變壓器時,在圖3所示的等效電路中,C的

5、容抗1/ΩC很小,而LM1的感抗ΩLM1很大,相比起來,可將LM1的作用忽略,而在串聯(lián)的支路中,LI的作用即較為顯著。于是可以把圖3所示的等效電路簡化成圖4所示的等效電路。?????圖3圖2的等效電路?????圖4圖3的簡化電路在這個電路中,頻率越高,ΩLI越大,而1/ΩC越小,因而高頻信號大多降在LI上,輸出的高頻分量就減少了,可見輸入信號USM前沿中所包含的高頻分量就不能完全傳輸?shù)捷敵龆?,頻率越高的成分到達(dá)輸出端越小,結(jié)果在輸出端得到的波形前沿就和輸入波形不同,即產(chǎn)生了失真。要想減小這種波形失真,就要盡量減小分布電容C(應(yīng)減小

6、變壓器一次繞組的匝數(shù))。但又要得到一定的繞組電感量,所以需要用高磁導(dǎo)率的磁心。在繞制上也可以采取一些措施來減小分布電容,例如用分段繞法;為了減小漏感L1,可采用一、二次繞組交疊繞法等。(2)平頂階段脈沖的平頂包含著各種低頻分量。在低頻情況下,并聯(lián)在輸出端的3個元件中,電容C的容抗1/ΩC很大,因此電容C可以忽略。同時在串聯(lián)支路中,LI的感抗ΩLI很小,也可以略去。所以又可以把圖3電路簡化為圖5所示的低頻等效電路。信號源也可以等效成電動勢為USM的直流電源。這里可用下述公式表達(dá)U′O=(USMRL′)E-T/Τ/(RS+RL′)Τ=

7、LM1(RS+RL′)RSRL′可見U′O為一下降的指數(shù)波形,其下降速度決定于時間常數(shù)Τ,Τ越大,下降越慢,即波形失真越小。為此,應(yīng)盡量加大LM1,而減小RS和RL′,但這是有限的。如果LM1太大,必然使繞組的匝數(shù)很多,這將導(dǎo)致繞組分布電容加大,致使脈沖上升沿變壞。?????圖5圖3的低頻等效電路?????圖6脈沖下降階段的等效電路(3)下降階段下降階段的信號源相當(dāng)于直流電源USM串聯(lián)的開關(guān)S由閉合到斷開的階段,它與上升階段雖然是相對的過程,但有兩個不同;一是電感LM1中有勵磁電流,并開始釋放,因此LM1不能略去;二是開關(guān)S斷開后

8、,RS便不起作用,由此得出下降階段的等效電路,見圖6。一般來說,在脈沖變壓器平頂階段以后,LM1中存儲了比較大的磁能,因此在開關(guān)斷開后,會出現(xiàn)劇烈的振蕩,并產(chǎn)生很大的下沖。為了消除下沖往往采用阻尼措施。??2功率變壓器的參數(shù)及公式2.1變壓器的基本

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