反激電源變壓器設(shè)計(一)

以工作中使用最多的反激電源來說，個人認(rèn)為最重要的是變壓器和環(huán)路補償設(shè)計，而前者涉及的知識點又比較龐雜，包括晦澀難懂的磁學(xué)理論，變壓器設(shè)計的好壞更是直接決定了電源項目的成敗。而環(huán)路補償設(shè)計則主要側(cè)重于控制理論的理解。

1.磁學(xué)基本定律

1.1 安培環(huán)路定律

導(dǎo)線中的電流會產(chǎn)生磁場，其極性由電流方向決定，電流大小決定了磁場強(qiáng)度。當(dāng)導(dǎo)線繞成線圈時，如圖1所示，線圈匝數(shù)增加，磁場的總強(qiáng)度也會增加。安培環(huán)路定律指出，封閉環(huán)路中的總磁場強(qiáng)度大小等于該環(huán)路的總安匝數(shù)，即：

N為匝數(shù)，i為電路，le是磁場路徑長度，H是磁場強(qiáng)度。

圖1

1.2 法拉第電磁感應(yīng)定律

閉合回路中磁通量發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小與磁通量的變化率成正比，即，

1.3 電感定義

另外，磁通密度B和磁場強(qiáng)度H存在著相互關(guān)系，即磁導(dǎo)率，

?

上式電感值的推導(dǎo)是針對無氣隙的磁芯而言的，如果磁芯帶有氣隙，則使用磁阻進(jìn)行計算更為準(zhǔn)確，我們可以簡單的將總磁阻等效為磁芯磁阻和氣隙磁阻的串聯(lián)之和，即

從而得到電感值，即

根據(jù)磁鏈定義可知，

當(dāng)然通過B的定義也可以推導(dǎo)出該公式，

由此可以計算得到在峰值電流下的磁通密度B，從而判斷磁芯是否飽和。

2.電流波形幾何關(guān)系

反激電源在固定頻率下有兩種電流模式，分別是連續(xù)模式（梯形波）和斷續(xù)模式（三角波），電流波形示意分別如圖2和圖3所示。

圖2

圖3

根據(jù)數(shù)學(xué)知識可以推導(dǎo)得到：

連續(xù)梯形波時：

斷續(xù)三角波時：

3.磁芯損耗

?

圖4

需要注意的一點是，在計算得到磁通擺幅 后，需要將其除以2，然后再根據(jù)該值去圖表中查找對應(yīng)的損耗數(shù)據(jù)。因為一般情況下規(guī)格書中給出的磁通擺幅差值是峰值偏移量。

4. 磁滯回線

前面提到了磁通密度B和磁場強(qiáng)度H存在著相互關(guān)系，即磁導(dǎo)率。兩者關(guān)系繪制成的曲線，如圖5所示，曲線的斜率即為磁導(dǎo)率。從曲線圖可以明顯看出，磁性材料具有磁滯特性和剩磁特性，且有飽和磁通密度限制。當(dāng)磁性材料飽和后，其磁性將會丟失，對于電感來說就相當(dāng)于失去了電感的阻礙電流變化特性，等效為了低阻值的導(dǎo)線，很容易使電流急劇增大。

圖5

空氣等非磁性材料的磁導(dǎo)率非常小，所以曲線斜率就很小，即使使用很高的電流也無法磁化，幾乎不可能產(chǎn)生磁通密度。而變壓器使用的鐵氧體磁芯則具有非常高的磁導(dǎo)率，即使很小的電流也能得到很高的磁通密度，甚至使磁芯飽和。由此可知，高磁導(dǎo)率的磁芯所能夠儲存的能量非常有限。而反激電源的變壓器是分時段存儲能量和釋放能量的，因此需要磁芯具有較大的存儲能量的能力。這也是為什么需要在反激電源變壓器磁芯中增加氣隙的原因，相當(dāng)于變相的降低了磁導(dǎo)率，以提高存儲能量的能力。

本文的基礎(chǔ)原理部分就先介紹到這，在理解掌握了這些知識后，反激電源變壓器的設(shè)計就是一個按部就班套公式并反復(fù)迭代的過程了，詳細(xì)設(shè)計步驟后文再介紹。