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反激电路变压器全方位深度分析.pdf

发布时间：2022-04-08 发布人：admin 分类：互联网 资料大小：2.32M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    Magnetics and Power Conversion Lab 反激电路变压器全方位深度分析 陈 为 博士 chw@fzu.edu.cn 福州大学电气工程与自动化学院 教授、博士生导师 中国电源学会常务理事、磁技术专委会主任委员 IEC/TC 51 WG9（磁性元件）中国对口专家组召集人 2017年06月10日 珠海 主要内容  功率变换器的发展与磁元件  反激变压器电气设计考虑  反激变压器磁芯选择考虑  反激变压器绕组损耗考虑 涡流(场)特性-损耗效应(效率)  反激变压器杂散参数考虑 磁(场)特性-感性效应（漏感） 电(场)特性-容性效应（噪声）  磁元件磁近场耦合与干扰  反激变压器参数测量技术 1
    功率变换器的广泛应用领域 AC/DC 一次电源 直流母线 DC/DC 二次模块 通讯设备/ 服务器 POL 负载点电源 VRM CPU电源 稳压 隔离/变压 LED照明 马达传动 电动汽车 笔记本/ 便携终端 AC/DC 充电器 DC/DC 变换器 开关功率变换器基本原理 Vo t i    L off t on i    L  i i     L ) V o V i  t on t  off t on  d  V V ( i o L V  o L  L PFC AC/DC 变换器 变频器 AC/AC AC/DC 适配器 电网 有源谐波/ 无功补偿 电能质量 逆变器 DC/AC 新能源 IL 电感 二极管 控制 VL ton toff 开关 Vi Vi Vgs VL IL Vi-Vo -Vo Li Vo Vi VL Vo t  通过间断控制能量输入实现电能形式变换  半导体开关是最关键器件  电感器作为磁储能元件必不可少  变压器作为电气隔离和变压元件必不可少 2
    功率变换器的要求和发展 高效率，高密度，高可靠，低价格，低高度 与磁元件都 有关系 开关器件 电路拓扑 控制技术 磁性元件 电磁干扰 制程工艺 高 压 化 高 速 化 高 温 化 碳化硅SiC 氮化镓GaN 低 损 耗 简 标 单 准 化 化 反激电路 无桥PFC LLC电路 全桥移相 多电平 模 块 化 芯 片 化 数 字 化 高 频 化 集 成 化 最 优 化 噪 声 源 滤 波 器 场 耦 合 自 动 化 精 密 化 三“高”两“低” 环境保护要求 (IEEE-519) 谐波电流要求 电磁兼容要求 绿色电源要求 空载损耗要求 绿色电源 银铜白 负载 20% 50% 100% 80 80 80 82 88 85 金 转换效率% 87 89 87 85 88 85 负载效率要求 效率 >80% 综合能效要求 白金 90 92 89 25 75 50 负载（%） 100 负载 权重 负载 权重 负载 权重 / / 5% 0.02 5% 0.03 10% 0.04 10% 0.03 10% 0.06 20% 0.05 20% 0.06 20% 0.13 30% 0.12 30% 0.12 30% 0.10 50% 0.21 50% 0.25 50% 0.48 75% 0.53 75% 0.37 / / 100% 0.05 100% 0.15 100% 0.20 加州 效率 欧洲 效率 中国 效率 3
    功率变换器中的高频功率磁性元件 PFC TX SR L D2A  变压器 正激变压器 反激变压器 中间抽头变压器 DMC 推挽变压器 CMC  滤波器 差模电感 共模电感 复合滤波器  电感器 直流电感器 谐振电感器 PFC电感器 逆变电感器 薄膜电感器  集成磁件 电感+电感 变压器+电感 变压器+变压器 滤波器+变压器 滤波器+电感 差共模集成电感 磁性元件重要性和所面临挑战  重量：铁+铜  重量：铁+铜  形状：体积大，高度高  形状：体积大，高度高  安规：绝缘  安规：绝缘  制程：人工，成本高，一致性差  制程：人工，成本高，一致性差  功耗：损耗大，难计算  功耗：损耗大，难计算  温升：难以散热，热点温度高  温升：难以散热，热点温度高  法规: 能源之星, 80+, 综合能效  法规: 能源之星, 80+, 综合能效  测量: 损耗，温升，高频参数  测量: 损耗，温升，高频参数  性能：音频噪声，EMI，控制，可靠性，电压  性能：音频噪声，EMI，控制，可靠性，电压 调整率,等等。 调整率,等等。  高频磁性元件/磁技术已经成为功率变换器进一步发展的瓶颈  磁技术已经成为当前开关电源主要关注内容 4
    CCM CRM DCM ON OFF ON OFF ON OFF 反激变换器原理工作波形 Vi+Vo*n Vi Vds ip is ip n:1 is Vi Vds Vo  反激变压器实际上是变压器 与电感器的磁集成。 反激变压器基本电气设计-- 匝比 ip Vi Vi_min VDS n:1 is VD Vo  确定最大占空比限制Dmax  最小输入电压情况  二极管反向耐压限制VD  开关管承受电压限制VDS V D S  n V  o  V i _ m a x V D  V o  V i _ max n V i _ min n V   o max D 1- D max Dmax=0.45 Dmax=0.40 Vo=12V, Vi_max=265*1.4V, Vi_min=90*1.4V 5
    反激变压器基本电气设计– 电感量 is n:1 ip Vi pL Vds Vo  法拉第电磁感应定律  安培环路定律 CCM CRM DCM Vi ip Np B lg Ns Ae I   k rp  max f p V D  i L  I  I i i L p  i V D k I   rp i  m ax f  V k 2 i rp   D m a x P f  i V i I pk  P i  1 2  _ min L p L   p max D f  I p k 2  f L p  ( V i 2 )  P i D  _ m in 2  m a x f 反激变压器磁芯磁通特点 is Vo  B  B m  B DC  Bm B D CB V o ltSeco n d N A  e I N o B D C   a  V D T i N A I p D C p e N  s l a  B 2 AC V o s  D T ) (1  N A s e s   B 1 / A e p B D C  1 / l g B Bm Bdc Bac H  既要考虑磁芯的损耗(B),又要考虑磁芯的饱和(Bm) 6
    气隙对电感量的影响 gl L  0 e A l g  N 2 小气隙磁导 气隙扩散影响 气隙附近绕组影响 磁芯窗口高度影响  气隙电感量受许多参数的影响 反激变压器磁芯选择考虑 f .B: 考虑磁能量传输能力 H2.: 考虑磁能量储存能力 f x B  根据频率选磁芯材料  根据磁芯材料选有效磁导率 7
    阻抗分析仪 B-H分析仪 各类电感测量仪器 LCR表 直流偏置源 B Bdc LCR表 H 交流次特 性测量仪 B Ba B Bdc H H 初始磁导率 幅值电感/磁导率 增量电感/磁导率 电感/磁导率特性测量（脉冲测量法） ()()ditutLi ()  dt u(t) i(t) t u(t) i(t) t  不同脉宽励磁下，测量 结果可能不同。 8
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