在DC-DC通信領域里,目前正激有源鉗位占了大半江山,特別是國內的模塊電源廠家,其中使用控制芯片比較的多的是國半的LM5025\NCP1562,目前這兩個芯片我都有成熟的設計案例,NCP1562按推薦的電路調試是很難達到模塊的電源的設計要求,主要是電壓環路的設計上有不少問題。
正激電源的一些參數選擇
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@lishaobin
今天就想說說對在正激設計中,變壓器一些不定參數的選擇,如變壓的△B和Bmax的選擇、占空比的選擇、因為已有太多的初學者問過同樣的問題了,希望能初學電源的革命同志有點幫助。 首先我們要正確理解正激變壓的特點,正激變壓的工作模式是,變壓器一邊導通一邊傳遞能量,可以把它理解成隔離的BUCK,其實正激才是真正的變壓器,它不存儲能量,只是把能量向副邊傳遞,所以正激變壓器不需要開氣隙,而反激變壓相當于一個隔離電感,先存儲能量在傳遞能量,磁芯的特性是低磁阻的,無法存儲能量,所以反激變壓器需要開氣隙來存儲能量,好不要扯遠了,這里這是描述一下正激變壓器工作的特點。
任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁,正激變壓器集成產生的能量不能傳遞到副邊,反激可以,所以正激電路必須要加去磁電路,按照去磁的方式,我們將正激分成了三繞組去磁正激、諧振正激、和有源鉗位正激,三繞組正激的工作在第一象限、而諧振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限,這些都老生常談的話題了,在各種開關電源書籍中都有非常 多的描述,推薦初學者讀一下張興柱博士的《開關電源功率變換器拓撲與設計》歸納性很強的。
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@lishaobin
任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁,正激變壓器集成產生的能量不能傳遞到副邊,反激可以,所以正激電路必須要加去磁電路,按照去磁的方式,我們將正激分成了三繞組去磁正激、諧振正激、和有源鉗位正激,三繞組正激的工作在第一象限、而諧振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限,這些都老生常談的話題了,在各種開關電源書籍中都有非常 多的描述,推薦初學者讀一下張興柱博士的《開關電源功率變換器拓撲與設計》歸納性很強的。
由于正激變壓器中B值的變化不會隨著輸出電流的改變而改變,也不會隨著輸入電壓的改變而改變,設計成多少,它就是多少,所以磁飽和的問題是很容易控制住的。在一些教材和淪文里提到了一個0.1和0.3的取值問題,很多人問我到底取0.1好,還是0.3好呢?首先我們看看為什么可以取到0.3,我們來看看磁芯材質的特性,DC-DC的模塊電源用過的材質有金川的RM2.3K、越峰的P47、天通的TPW33A、TDK的PC95、主要是高頻特性好。因為不能貼圖,希望有興趣的可以找資料看看。這幾種差不多都是都是在100℃ B值在0.4左右就完全飽和了,
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@lishaobin
由于正激變壓器中B值的變化不會隨著輸出電流的改變而改變,也不會隨著輸入電壓的改變而改變,設計成多少,它就是多少,所以磁飽和的問題是很容易控制住的。在一些教材和淪文里提到了一個0.1和0.3的取值問題,很多人問我到底取0.1好,還是0.3好呢?首先我們看看為什么可以取到0.3,我們來看看磁芯材質的特性,DC-DC的模塊電源用過的材質有金川的RM2.3K、越峰的P47、天通的TPW33A、TDK的PC95、主要是高頻特性好。因為不能貼圖,希望有興趣的可以找資料看看。這幾種差不多都是都是在100℃B值在0.4左右就完全飽和了,
有興趣的可以來這里看博文:http://blog.dianyuan.com/article/523286
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@lishaobin
我們設計的時候可不能讓它到磁飽和,太危險了。得把余量考慮進去,這個余量怎么把控呢?磁滯回線的變化是從線性區到非線性區,再到飽和。其實我們最好不讓它跑到線性區,因為這樣雖然不會一定損壞,但是比較危險了,而且在非線性區的勵磁電感量急劇變小,MOS管理的峰值電流也是急劇變化的容易失控。
B值選取是計算的一個步驟,在對變壓器/電感進行匝數取整等動作后,B值已比原來設想的值有一些偏移,所以我們對設計B值進行折算,再次確認沒有達到飽和條件,在實際的電路調試中最好還需要進行再次測試確認,B值的驗證測試非常復雜,我們可以借助于它和電流或電感量的關系來進行驗證;
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@lishaobin
B值選取是計算的一個步驟,在對變壓器/電感進行匝數取整等動作后,B值已比原來設想的值有一些偏移,所以我們對設計B值進行折算,再次確認沒有達到飽和條件,在實際的電路調試中最好還需要進行再次測試確認,B值的驗證測試非常復雜,我們可以借助于它和電流或電感量的關系來進行驗證;
測試方法一:直接使用示波器的電流探頭檢測從互感器整流后的電壓波形,或使用電流探頭檢測變壓器原邊電力的波形,將負載調節到最大負載或滿載條件,環境溫度設置為高溫條件,直到電源的過溫保護,過溫保護前保證原邊如果出現上升斜率的暴增,說明變壓器已進入的前飽和狀態,我們需要繼續調整一下變壓器或電感的參數,主要是電感的參數;
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@lishaobin
測試方法一:直接使用示波器的電流探頭檢測從互感器整流后的電壓波形,或使用電流探頭檢測變壓器原邊電力的波形,將負載調節到最大負載或滿載條件,環境溫度設置為高溫條件,直到電源的過溫保護,過溫保護前保證原邊如果出現上升斜率的暴增,說明變壓器已進入的前飽和狀態,我們需要繼續調整一下變壓器或電感的參數,主要是電感的參數;
測試方法二;使用帶直流偏置源的電橋來測試,不用上電直接把設計好的變壓器或電感裝置在設備上,計算出電源的峰值電流,將直流偏置源的最大電流設置超過峰值電流值,測試后讀取儀表上的電感量,如果電感量在到達峰值電路值的時候出現明顯下降,說明已磁已開始進入前飽和區;
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@lishaobin
前面我們說B值的選取都是考慮到磁飽和的條件,除了這個外我們還要考慮變壓器的損耗,B值選擇小,計算出來的變壓器匝數就多,這種情況下不是增加變壓器體積,就是增加電流密度導致變壓器的銅損上升。如果B值選擇大如靠近0.3附件,我們看看P47材質中,在300KHZ的頻率下B值為0.1時的鐵損是400KW/M^3,而在0.3時為6000KW/M^3,一共增加了25倍,厲害吧!,所以在變壓器設計中,工作磁通B的選擇對變壓器損耗的影響非常大,如果我們想做高效率的電源就不得不在這里來精打細算了。
總結一下變壓器B值的選取要考慮到飽和、考慮到損耗、考慮到體積,沒有對的只有優的。
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@lishaobin
正激占空比的選擇,三繞組去磁正激的占空比不能超過0.5,這里就不在重復的羅嗦了,很多書籍上都有寫,諧振去磁正激和有源鉗位正激去磁的原理非常相似,占空比的選擇方法也比較接近,在DC-DC特別是模塊電源,輸入電壓范圍都比較寬,2:1是常見的范圍,也有不少是4:1的范圍,輸入電壓一般有三個母線段,12V輸入母線、24V輸入母線、48V輸入母線。
48V在通信領域非常多、24V在工業控制行業非常多,在這種寬輸入電壓范圍的條件下,占空比需要考慮到最大占空比、最小占空比、典型占空比,首先我們看看取最大占空比要注意什么,正激變壓器開通時和關斷時,在原邊繞組上的電壓按照伏秒平衡法則,也就是開通的電壓x開通的時間=關斷的電壓x關斷的時間,如果占空比選擇較大,那么關斷的時間會比較小,原邊繞組上關斷器件的電壓也就大,反應在開關管VDS上的電壓也就比較大,我們受制于開關管的VDS耐壓.
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LM5025的方案能否發一份呢,謝謝。275708989@qq.com 不勝感激
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@lishaobin
48V在通信領域非常多、24V在工業控制行業非常多,在這種寬輸入電壓范圍的條件下,占空比需要考慮到最大占空比、最小占空比、典型占空比,首先我們看看取最大占空比要注意什么,正激變壓器開通時和關斷時,在原邊繞組上的電壓按照伏秒平衡法則,也就是開通的電壓x開通的時間=關斷的電壓x關斷的時間,如果占空比選擇較大,那么關斷的時間會比較小,原邊繞組上關斷器件的電壓也就大,反應在開關管VDS上的電壓也就比較大,我們受制于開關管的VDS耐壓.
有些哥們會問:我選大耐壓的MOS管不就可以了嗎?當然可以,關鍵是我們考慮到效率、考慮的成本,也就不劃算了,電源設計其實就是優化設計。占空比太小,單個脈沖傳輸的功率小,從負載反射到原邊的峰值電流大,對開關管的開關損耗影響也非常大。另外小的占空比意味著變壓器更大的匝比,變壓器會有更高漏感和更大的漏感尖峰電壓。對于2:1 DC-DC我通常0.3-0.6之間的占空比選擇相對比較優化;
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