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电子发烧友网>电子资料下载>电源威廉希尔官方网站 >变换变压器存在的问题资料下载

变换变压器存在的问题资料下载

2021-04-08 | pdf | 148.52KB | 次下载 | 5积分

资料介绍

  1引言   变压器一直是电源设备和装置,缩小体积、提高功率密度、实现模块化的一只拦路虎。虽然高频变换威廉希尔官方网站 引入电源后,可以甩掉体积庞大的工频变压器,但还需使用铁氧体磁芯的高频变压器。铁氧体磁芯高频变压器的体积虽比工频变压器小,但离开模块化的要求还相差很远。它不但体积还嫌大,而且它的发热量,漏电感都不小。因此近几年来,许多专家、学者、工程师一直在研究解决这个问题的办法。高频平板变压器的研制开发成功,就使变压器威廉希尔官方网站 发生一个飞跃。它不但能使变压器的体积缩小很多,而且还能使变压器内部的温升很低、漏电感很小,效率可做到 99.6%,成本比一般同功率的变压器低一半。它可用于单端正、反激,半桥,全桥和推挽变换器中作AC/DCDC/DC变换器用。它对低电压、大电流的变换器特别适用。所以用它来做当代计算机电源特别合适。   2运行在高频情况下常规变换变压器存在的问题   (1)漏电感(简称漏感)   理想的变压器(完全耦合的变压器)原边绕组产生的磁通应全部穿过副边绕组,没有任何损失和泄漏。但实际上常规的变换变压器不可能实现没有任何损失和泄漏。原边绕组产生的磁通不可能全部穿过副边绕组。非耦合部分磁通就在绕组或导体中有它自己的电感,存贮在这个“电感”中的能量不和主功率变压器电路相耦合。这种电感我们称之为“漏感”。理想变换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁干扰()而需要很紧的电磁耦合以减小漏感的要求,是相互矛盾的。   当变压器不通电(转向脱离电源或开关处于关断期间)时,漏感存贮的能量要释放出来形成明显的噪音。在示波器上能看到此噪音的高频尖峰脉冲波形。高频尖峰脉冲波形的幅值Uspike和漏感Lleak与电流相对时间变化率的乘积成正比。即:   |Uspike|=Lleakdi/dt(1)   当工作频率升高,电流相对时间的变化率也就增加。漏感的影响将更严重。漏感的影响和变换器的开关速度成正比。漏感产生过高的尖峰脉冲会损坏变换      图1常规变换变压器和平板变压器示意图   (a)常规变换变压器(b)平板变压器   器中的并形成明显的电磁干扰(EMI)。为了降低漏感产生的尖峰脉冲幅值Uspike,而在变换器电路中必须加入缓冲网络。但缓冲网络的加入,会增大变换器电路的损耗。使变换器电路随工作频率提高,损耗增加,效率降低。   (2)绕组间电容   当变压器的绕组是多层绕组时,则顶层绕组和底层绕组之间就有电位差。两个导体之间有电位差,就存在电容。这个电容就称为“绕组间电容”。当工作在高频时,这个电容会以惊人的速率进行充电和放电。电容充电和放电过程中会产生损耗。在给定的时间内,它充电和放电的次数愈多,损耗就愈大。   (3)趋肤效应   (4)邻近效应   (5)局部过热点   常规的变换变压器工作在高频时,其磁芯中部会有局部过热点。因此,为了减小热效应,常规变换变压器的工作频率提高时,就必须相应地减小其磁通密度,增大其体积。这就使得无法用它去做高功率密度的电源。   对于低输出电压理想型变换器来说,它的降压比是很高的。用常规变换变压器时,通常1匝输出绕组,大约需要32匝原边绕组。这样,原边绕组就需多层布置,因而漏感和绕组间电容大、趋肤效应和邻近效应严重等不利因素在变换变压器中都存在。   3常规变换变压器和平板变压器比较   常规变换变压器通常是由单磁芯多原边绕组组成,而平板变压器是由单匝(或几匝)原边绕组和多磁芯组成。这些磁芯都装有单匝的副边绕组并封装成模块,如图1所示。   (1)常规变换变压器由于它的原边绕组匝数多,所以漏感比较大,而平板变压器单匝(或几匝)原边绕组和单匝的副边绕组耦合很紧,所以漏感很小。30A平板变压器的漏感仅2.0nH。所以把它用在快速开关电路中时,不但损耗很小,而且还能减轻电路中其它部件承受的应力。   (2)平板变压器的频率特性比常规变换变压器好。平板变压器可工作在(100~500)kHz频率之间。(3)平板变压器能直接紧贴底板固定,所以它的散热条件很好。这种专用变压器是一种体积很小而又具有很大表面积的元件。所以它不存在局部过热点的问题。   (4)因为平板变压器能改善热耗散问题。所以它能实现高磁通密度,并能采用紧封装来实现高功率密度。而常规变换变压器是无法和它相比拟的。150W的平板变压器模块,它的体积为5.38(长)×1.60(宽)×1.17(高)立方厘米。   (5)平板变压器威廉希尔官方网站 能大幅度减小变压器的生产成本和销售价格。能使生产成本和销售价格降低50%。因为它能减轻电路中其它部件承受的应力,所以变换器电路中其它部件可采用低功率器件。由于平板变压器的散热条件很好,所以它可用很小的散热器。再加上变压器模块批量化生产后,其价格将会降低更多。   (6)平板变压器的可靠性比常规变压器高。在平板变压器中,即使有一磁芯损坏,平板变压器中其余磁芯和并连的导线仍能正常工作,而常规变换变压器只要有一处损坏,整个变压器就无法正常工作。   目前平板变压器模块产品的功率有150W,300W,450W,750W,900W和1500W。   4平板变压器内部结构及其电感的测量和计算方法   以上叙及用作变换变压器的平板变压器由若干个铁氧磁芯做成。2个磁芯做变压器,1个磁芯做电感。3个磁芯构成1个变压器/电感模块。许多模块可以连接在一起组成平板方阵变压器。采用这种结构的平板变压器能解决变换变压器工作在高频时,其磁芯中部的局部过热点问题。   1只变压器模块包含2只铁氧体磁芯。变压器模块由1付正方形铁氧磁芯组装而成,2只铁氧磁芯用环氧树脂粘接在一起,如图2(b)所示。1付绕组镶入每个磁芯内部,粘接在磁芯内表面和输出端的拐角处,如图2(a)所示。当绕组通过磁芯后,接着旋转180°往回绕。所以每一绕组的“始端”和“末端”都在磁芯的对向角落上。1只相似尺寸的电感加在模块内部变压器部分的中心抽头上。其突出的焊片接滤波电容器。有关这种变压器和磁芯的细节见参考文献。   变压器副边绕组的端子直接和共阴极肖特基整流器TO-228连接。这样可以节省用户在变压器副      图2平板变压器的外形图   (a)带有简单螺旋绕组的磁芯(b)双磁芯粘接在一起的模块      图3模块内部电路的原理图      图4两磁芯模块FTI/CTI-Xx2A-1B/2B/3B(匝比4:1)   边绕组上进行抽头等组装工作量。加上肖特基整流器导通时的正向压降很低,所以整个电路的效率可做得很高。穿过变压器的原边绕组是后来加上的。变压器的等效变换率由模块数Ne和原边绕组匝数Np乘积和1的比率来决定,即变换率是:(Ne×Np):1。高的变换率可以通过增加原边绕组匝数或增加模块数来获得。   平板变压器可以使电源模块化,它在分布式电源中应用,其特点是其它变压器无法和它比拟的。在市场上,它是大家公认的最小外形和允许用于最高电流密度的一种变压器。   模块内部电路的原理图如图3所示。在图中电感是接在变压器次级绕组的中心抽头和输出端之间,这样安排是为了节省组装的工作量。   每一模块漏感的最大值仅有4nH。漏感测量是用5块,其整流器的输出端被铜条短接,原边绕组为3匝的模块进行测量。这时测得的漏感是0.18μH。因为变压器原边电感等于1只模块的漏感和模块数及原边匝数平方的乘积。它的数学表达式为:   Lp=Lmod×Ne×Np2(3)
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