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看版主讲解电源效率的磁性元件损耗

作者:时间:2013-12-25来源:网络收藏

电源中的一般就是指电感与变压器,这里我们这种讨论初次级隔离的变压器,因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227253.htm

变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离,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。

升压变压器的难点,楼上已经指出来了,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,增加初次级的耦合,减小层间电容。

2、优化绕线顺序,使初次级能增减耦合面积;曾经用过这种绕法:1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级,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,有时会莫名其妙的炸MOS管(我实际碰到过的情况)。

我们知道变压器的分为铁损与铜损,先来说说铁损吧。

变压器的铁损包括三个方面:

一是磁滞,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。

赵老师在《开关电源中磁性元器件》一书中指出:

看版主讲解电源效率的磁性元件损耗

由上面的话可以看出,在磁芯材质与形状,体积等都确定的情况下,变压器的铁损与变压器的工作频率以及磁感应强度摆幅deltB成正比。磁滞在低场下可以不予考虑,涡流在低频下也可忽略,剩下的就是剩余损耗。在磁感应强度较高或工作频率较高时,各种损耗互相影响难于分开。故在涉及磁损耗大小时,应注明工作频率f以及对应的Bm值。但在低频弱场下,可用三者的代数和表示:tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr分别为:磁滞损耗角正切,涡流损耗角正切,剩余损耗角正切。各种损耗随频率的变化关系如图。

看版主讲解电源效率的磁性元件损耗

由图可见,剩余损耗和B的大小无关,但随频率增大而增大。而磁滞损耗随B的增加增大,涡流损耗则和频率成线性变化。了解了这些就可知:在正激和桥式电源中,磁芯损耗着重考虑涡流损耗。在反激变压器和储能电感中,既要考虑涡流损耗又要考虑磁滞损耗,尤其是DCM方式工作的电源,磁滞损耗是第一位的。所以可以确定,做电源时第一点就是根据电源的工作频率选取相应的磁芯材料。

下面我们开始来讨论下变压器的铜损:

变压器的铜损即变压器绕组的损耗,包含直流损耗与交流损耗。

直流损耗主要是因为绕变压器的铜漆包线,对通过它的电流有一定的阻抗(Rdc)而引起的损耗。此电流指的是各个绕组电流波形的有效值。直流损耗跟电流大小的平方成正比。

相对来说,交流损耗就复杂得多,包含绕组的趋肤效应,临近效应引起的损耗,同样还包括各次谐波引起的损耗。


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关键词: 电源效率 磁性元件 损耗
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