sps中磁件工作原理与应用要求

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1、Hunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求磁件磁件工作原理與應用要求工作原理與應用要求高頻高頻開關電源中開關電源中Acbel Electronic(Dong Guan)Co.Lt Hunter_L.twDate: 2007-1-25DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求講 義 內 容1.開關電源中磁性元件分類a.變壓器b.電感器c.SPS中的磁件分佈2.常用磁件的工作原理及應用與制作要求a.工作原理簡介b.應用要求DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求開關電源中磁性元件分類:SPSSPS中磁件可分為變壓器和電感

2、器兩大類中磁件可分為變壓器和電感器兩大類. .1.變壓器-以變壓、功率傳遞、隔離等為主要功能.如a.功率變壓器 (MAIN POWER TRANSFORMER)b.輔助變壓器 (STANDBY TRANSFORMER)c.c.驅動變壓器 (DRIVE TRANSFORMER)d.d.電流變壓器 (CURRENT SENSE TRANSFORMER)DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求2.電感器-以儲能、扼流、濾波等為主要功能,如a.共模濾波電感器 (Common Mode Choke)b.儲能平波電感 (Smooth Inductance)c.c.交鏈耦合電感

3、器 (Coupling Choke)e.e.功率因數校正電感 (Power Factor Correction Choke)d.磁放大(飽和)線圈 (MAG AMP)DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求3. SPS中磁件應用分佈示意圖DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求1) 順向式變壓器(Forward Transformer)當Q1 ton ,Np有Ip流過,因Ns与Np 同相,故D3把能量傳遞到輸出端.當Q1 關斷時D4導通釋放電感L中的能量給 負載.在Q1 ton時, Ip=Im+Iload.其 中磁化能和漏電感所儲能量

4、是無法傳 送到副邊的能量. 在Q1 toff期間此 磁能無法被泄放,該能量將引起較高 的反壓加在Q1之DS間而損壞Q1.另一 方面該能量的存在將使變壓器CORE趨 于饱和, 產生很大的漏极電流ID,使 Q1損壞.為解決上述問題,通常在變壓 器中設置一消磁繞組NR,將磁化能量 反饋到電源輸入端. Forward转换器電原理图工作原理:各種磁件的工作原理及在線路中之應用與制作要求DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求從電路工作原理可知,磁芯工作狀態为單向磁化,当开关管ton時, 變壓器磁芯從零磁場強度單方向磁化到磁感應最大值.當开关管toff 時,磁芯恢復到零磁場強

5、度對應的磁感應值.如果不能回到導通時的 磁芯初始磁化值.磁芯將逐漸磁化到Bs.磁芯工作磁化曲線如上圖所 示.要使磁芯不飽和,磁芯中磁通密度最大變化量爲 B Bs-Br顺向式变压器的工作特点:1.磁芯工作在磁化曲線的第一象限單向磁化. 2.磁化電流從零開始,不參與能量傳輸,並在電晶體截止時,還要將其返回電源.3.磁芯损耗小.與雙向磁化工作頻率、脈動磁通幅度Bm相同時損耗 僅爲雙向磁化損耗的30%40%. DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求开关电源中顺向式变压器的应用要求1 磁芯导磁率要高,有足够大的L,原边激磁电流要小.2 多副边绕组的变压器各绕组每匝的伏特/

6、秒应一致.3 原副边磁感应系数应尽量大,漏感要尽量小.但一二次侧间的分布电容应小,以降低EMI干扰信号的传递.1 原边绕组与消磁绕组须采取紧耦合,使漏感降到最低，磁芯磁通在Toff时须完全复位.2 一二次侧间须有足够的绝缘强度,必须满足安规要求.3 DCR要小,需保证足够的导体截面积,即电流密度应尽量小.需同时考 量高频损耗,避免因集肤效应和鄰近效應引起高频交流损耗过大.开关电源中顺向式变压器的制作要求DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求返馳式(Flyback)轉換器又稱單端 反激式或“Buck-Boost“轉換器.因其 輸出端在原邊繞組斷開電源時獲得 能量故

7、而得名.返馳式轉換器原理圖 如圖.Flyback转换器示意图在右圖所示隔離反馳式轉換器中, 變壓器T1有隔離與扼流之雙重作用. 因此T1又稱為Transformer- choke.2) 返馳式變壓器 (Flyback Transformer)工作原理:電路的工作原理如下:當開關晶體管Tr ton時,變壓器初級Np有電流 Ip,並將能量儲存於其中(E = LpI2p / 2).由於Np與Ns极性相反,此時 二极管D反向偏壓而截止,無能量傳送到負載.DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求Flyback转换器波形图當開關Tr off 時,由電磁感應定律 :(E = -

8、Nd/dt)可知,變壓器原邊繞 組將產生一反向電勢,此時二極管D1 正向導通,負載有電流IL 流通.返馳式 轉換器之穩態波形如圖.由圖可知,導通時間 ton的大小將 決定Ip、Vce的幅值.可见,想要得到 低的集電极電壓,必須保持低的Dmax, 也就是Dmax0.5,在實際應用中通常 取Dmax 0.4,以限制Vcemax 2.2VIN.DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求工作特点：1.可工作于连续（CCM）和非 连续（DCM）两种模式.在CCM 狀態下,直流偏磁大,交流分量 小,工作於局部磁化曲線上,磁 芯的磁導率是局部磁導率.由 於只包圍局部磁滯回線，磁滯

9、 和渦流損耗都小。2.如果磁芯完全工作在電感電 流斷續狀態時，可以將磁芯看 成一個交流分量疊加在等於 D/2脈衝幅度的直流分量上。 損耗和正激變換器相似。 DCM / CCM原副邊電流波形圖DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求开关电源中反驰式变压器的应用與制作要求1 當變壓器工作於CCM方式時,由於出現了直流分量,需加AIR GAP,使 磁化曲線向 H 軸傾斜,從而使變壓器能承受較大的電流,储存和 傳遞更多的能量.2 原副边磁感应系数应尽量大,漏感要尽量小.但一二次侧间的分布 电容应小,以降低EMI干扰信号的传递。3 在瞬變負載狀況下,即當輸入電壓為VINma

10、x而負載電流為Iomin時, 若Io突然增加,出現VINmax和Dmax时也不能出現因變壓器飽和, 引起電路失控的现象.即B应取得较小些。4 一二次侧间须有足够的绝缘强度，必须满足安规要求。5 绕组直流电阻要小，需保证足够的导体截面积，即电流密度应尽 量小。需同时考量高频损耗，避免因集肤效应引起高频交流损 耗过大。DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求3) 驅動變壓器 (DRIVE TRANSFORMER)驱动变压器在开关电源PWM控制输出端与主开关管间担当信号耦合 作用,它是一个典型交流信号变压器.驱动变压器副边有两个绕 组,一般在双开关管电路中才 会用到,

11、电路工作时要求两 开关管动作时间尽可能保持 一致,因此也就要求驱动变压 器两副边绕组参数尽量相同.此类变压器的工作原理与 顺向式变压器相同,在此不再 赘述.DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求開關电源中驱动变压器的应用與制作要求1 原边漏感应小。2 两副边绕组与原边绕组之磁感应系数应相同.两副边绕 组匝数需完全相同.3 变压器原副边绕组间至少要保证功能绝缘.DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求4) 電流變壓器 (CURRENT SENSE TRANSFORMER)电流变压器又称电流互感器.在开关电源中经常需要检测电路中电 流：

12、如APFC电路中检测输入电流用来跟踪输入电压；在电流控制型 控制中需要检测功率管电流控制脉冲宽度；在使用同步整流的二次 电路中检测出同步整流控制信号等.互感器以其工作模式又分为交流电流互感器和直流脉冲电流互感 器两种.开关电源中使用的互感器都是直流脉冲电流互感器.交流电流互感器原理同普通变压器.脉冲直流互感器与交流电流互感器不同，交流信号使磁芯双向对 称磁化，而直流互感器是单向磁化，属于正激变换器工作方式.DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求开关电源中电流互感器的应用與制作要求1 电流互感器要能保证检测精度，应当是恒定负载阻抗 .2 磁芯的磁通密度要尽量高,激

13、磁电流要尽量小。3 原边绕组的直流电阻要小.采用环形磁芯时次级绕组绕线需均匀排 满整个磁环,使漏感最小.4 一二次侧间须满足相应的安规要求(应用场合不同其安规要求有较 大差别).DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求1)共模濾波電感器 (Common Mode Choke)在同一磁環上繞上兩組方向相反的 線圈,據右手螺旋管定則可知,當在輸 入端A、B兩端加上极性相反,信號幅 值相同的差模電壓時,有實線所示的 電流 i2,在磁芯中產生實線所示的磁 通2,只要保證兩繞組完全對稱,則 磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消. 總磁通為零, 線圈電感幾乎為零,對常模信號無阻抗作

14、用。若在輸入 端A、B兩端加上极性相同,幅值相等的共模信號時,有虛線所示的電流 i1,在磁芯中產生虛線所示的磁通1,則磁芯中磁通有相同的方向而 互相加強,使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍,而 XL = L,因 此,此一繞法的線圈對共模干擾有很強的抑制作用.各種電感器的工作原理及在線路中之應用要求DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求开关电源中对共模电感器的应用與制作要求1 共模電感器的作用是濾除線路中的共模雜訊,要求兩組具有完全對 稱的結構,電參數相同.2 正常工作狀態下,不致因通電電源電流而造成磁芯飽和。3 對高頻干擾信號要有足夠大的阻抗,且有一定的頻寬,

15、而對工作頻 率之信號電流有最小的阻抗4 共模電感的分布電容對抑制高頻雜訊有負面影響,應盡量小5 直流電阻應盡量小,感應電感應盡量大,電感值需穩定.6 繞組間之絕緣性須滿足安規要求。DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求2) 輸電感器 (Output Choke)順向式開關電源中的交鏈耦合電感 器(Coupling Choke)和反激式開關電 源中的儲能平波電感 (Smooth Inductance)都屬於輸出電感器.主要作用:儲存能量,減小負載變動 時輸出電流的變化.特點:此類電感屬典型的功率電感, 其繞組的線徑一般較粗,都有較大的 直流電流流過,電感器的磁芯都

16、加有較大的直流偏磁電流.工作原理: 自感電勢E=-Ldi/dt的方向總是企圖阻止電流的變化.而 自感電動勢的大小與電感L及電流變化率di 的乘積成正比, Output Choke正是利用這一原理阻礙電流的突然變化.輸出電感電路DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求電感器從電源Vs取得能量,轉換 成磁能存儲起來,再將磁能釋放給 負載.利用電磁變換的緩衝作用平 滑輸出電流.由此可見,要使輸出有 連續穩定的電流,電感電流應連續, 即工作於CCM狀態.如此電感中需儲 存有足夠的能量.電感量也就必須 有足夠大.因 VL = Ldi/dt =Vs-Vo令 di = dIL則 L=(Vs-Vo)dt/dilE=1/2LIo2輸出電感電流波形DateHunter_li磁件工作原理與應用要求磁件工作原理與應用要求开关电源中对输出电感器的应用要求1 输出电感器通常都有較大的直流通過,故磁芯耐HDC 能力要足 够大。2 电感電流应连续,使输出紋波尽量小。原則上L越大越有利於减 小纹波。但需考量