开关电源变压器设计与材料选择汇编.pptx

目 录 变压器的结构和组成 变压器的设计 变压器的结构和组成 变压器 原边绕组 副边绕组 导磁回路(磁心) 励磁磁通 漏磁磁通 一次侧 二次侧 1.改变电压 2.隔离电路 绕组的电压关系 法拉第定律: 交变磁场中的电动势: 变化磁场 变化磁场在闭合回路中产生的感生电势 E 空间回路 法拉第定律 变压器 跟据法拉第定律: 变压器电流关系 楞次定律---变压器的电流关系 描述:闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来”阻碍”引起感应电流的磁通量的变化 变化磁场 变化磁场在闭合回路中产生的感生电流 感生电流所产生的磁场 实际通过闭合回路的磁场 i 导体 楞次定律 磁通不能突变 应用:通常变压器的电流决定于负载 跟据楞次定律, 可用作变压器的软磁材料 可用作变压器的磁性材料 锰锌铁氧体(Mn-Zn Ferrite): 镍锌铁氧体(Ni-Zn Ferrite): 功率铁氧体 非晶，超微晶，纳米晶: 硅钢片 工频变压器 高频开关电源变压器 （40KHz-2MHz) 高频开关电源变压器 （2MHz) 中低频开关电源变压器 （＜40KHz) 铁氧体材料的选择 选择磁性材料的关键点： Ａ：磁心的饱和磁密 Ｂ：磁心的损耗 (储能与放能之差) B H Hdc Hdc=0 Hdc 一三相限:Full bridge 一相限:forward DC Bias:flyback Bac Bac Bac Bm 磁损曲线 BH曲线 单位体积磁损公式： 材料的损耗指标:固定Pcv时的FxB公式 不同铁氧体的使用频率 f .B: Material performance factor 22000HzT 32000HzT 23000HzT 35000HzT f .B: 表现一个材料在一个频率下所能通过的B的能力 A.频率提高, 磁能材料能够通过功率的能力提高 B.频率提高到一定程度,会有一个更好的高频材料来接替 磁心的选择 一般情况下 fs150KHz,Bmax取决于Bs, 假设fs=100KHz,取Bs的80%为基准, 材质3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT fs300KHz, Bmax取决磁损 假设频率fs=400KHz, 取单位磁损为300mw/cc,材质N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mT fs在150K至300K之间时, Bs和Pcv都考虑,取其小值. 假设频率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv300mw/cc B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT, 取B1和B2中的小值作为Bmax=136mT 磁心的Bmax的选择方法 不同特性的铁氧体材质 常规的低频材料 飞磁的常规,高饱,低温和高温低频材料 低温 高温 高饱 常规3C96 常规的高频材料 TDK低频宽温材料PC95对比 选择磁心的形状 常用铁心形状A EE EFD ER,EC,ETD PQ RM 形状分类 特点 适用情况 EE,ER,EC,ETD 常规铁心,价格低廉,窗口面积大,大功率时易作安规. 小功率的辅助电源，大功率电源， 应用于功率密度较低的场合 EFD 平面化的EE类铁心 应用情况同上，应用于功率密度较低，且要求Low Profile，表贴或沉降式结构 PQ,RM 窗口面积较ＥＥ类的小，而Ae较ＥＥ类的大， 应用于高功率密度的条件． 也适于作输出电感或ＰＦＣ电感 窗口开口较小，不适合作很多路输出变压器 选择磁心的形状 常用铁心形状B EQ PJ Planar EE 形状分类 特点 适用情况 PJ ＰＯＴ Core的改进版，Ae大窗口小，磁屏蔽效果好；高度较矮 用于高功率密度且对高度有一定要求的变压器设计；不适合飞线，不适合使用Margin tape做安规 EQ ＰＪ，ＰＱ的改进版，窗口条件比PJ好，高度和Ae比ＰＱ好；磁屏蔽效果不如PJ Planar EE 低高度，Ae大，窗口小；中柱长宽比大，不适于绕线 应用于ＰＣＢ绕组等预制好的绕组的变压器和电感器 磁心的选择 磁性材料的选择依据 1.工作频率范围 2.饱和磁密大小 磁心形状的选择依据 1.功率密度的要求 2.成品高度的限制 3.绕组的多少 4.线包的引出线形式 绕组的结构 Simple Sandwich Interleaving 漏 感 减 小 交 流 损 耗 减 小 隔 离 结