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【討論】單端反激,為什么用最小輸入電壓來計算初級繞組匝數?

單端反激,為什么用最小輸入電壓來計算初級繞組匝數?請從飽和磁通密度和效率角度分析。

如果方便的話,請用一些公式推導,ok?

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cheng111
LV.11
2
2011-03-10 14:03
如果使用最大的電壓來設計,當輸入電壓減小時,輸入電流增大,此時變壓器就會飽和。
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2011-03-10 14:22

變壓器應該是最惡劣的條件下要能夠正常工作。

這就要保證在峰值電流下磁芯也不能夠飽和,所以選Vin(min)。

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tanny1987
LV.3
4
2011-03-10 14:38
@cheng111
如果使用最大的電壓來設計,當輸入電壓減小時,輸入電流增大,此時變壓器就會飽和。

謝謝,可不可以用公式來證明!

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cheng111
LV.11
5
2011-03-10 22:18
@tanny1987
謝謝,可不可以用公式來證明!
可以,你可以將設計好的電源來推測。比如本來設計為9V~18V輸入的電源,記錄變壓器的參數,可以推出磁通密度B的變化量;下一步再假設輸入電壓為6V時還能正常工作,再次求出磁通密度的變化量就可以看出來了。
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leifalin
LV.5
6
2011-03-11 04:58
這么說吧,可能比較容易懂:假如一個電磁鐵(頻率一定)要達到一定的吸力(磁感應強度),在低壓時就需要大一點的電流,高壓時的電流比低壓時小,如果你設定了電壓使用范圍,那么你當然就得以那個低壓為標準來計算線圈的匝數。至于公式,書上有的。
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2011-03-11 11:57
@leifalin
這么說吧,可能比較容易懂:假如一個電磁鐵(頻率一定)要達到一定的吸力(磁感應強度),在低壓時就需要大一點的電流,高壓時的電流比低壓時小,如果你設定了電壓使用范圍,那么你當然就得以那個低壓為標準來計算線圈的匝數。至于公式,書上有的。

學習了!不過頻率一定時,對外電路電流輸入而言應該是高壓時的平均電流小一些,低壓時的平均電流大一些。

 

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hlp330
LV.9
8
2011-03-11 12:10
@zhijian1024
學習了!不過頻率一定時,對外電路電流輸入而言應該是高壓時的平均電流小一些,低壓時的平均電流大一些。 

記得精通開關開源設計里面有提到過

對于電感的設計。BUCK要以最高電壓來設計

對于BOOST要以最低電壓來設計。

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2011-03-11 15:04

由deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae)可知,在Lp,Np與Ae都不變的情況下,deltB與Ipk成正比

而電壓越低,峰值電流Ipk就越大,也就是deltB越大,當達到一定的程度之后,磁感應強度就達到飽和點了

所以,在設計反激變壓器的初級匝數時,要以最低電壓來計算

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tanny1987
LV.3
10
2011-03-11 18:28
@心中有冰
由deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae)可知,在Lp,Np與Ae都不變的情況下,deltB與Ipk成正比而電壓越低,峰值電流Ipk就越大,也就是deltB越大,當達到一定的程度之后,磁感應強度就達到飽和點了所以,在設計反激變壓器的初級匝數時,要以最低電壓來計算

恩,我是這樣推導:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V輸入時,D = 0.6的話,那么240V輸入時,D > 0.3;故我得出的結論是,在高電壓輸入時,磁芯更容易飽和。不知道我的想法是不是對的?

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tanny1987
LV.3
11
2011-03-11 18:31
@高等數學
變壓器應該是最惡劣的條件下要能夠正常工作。這就要保證在峰值電流下磁芯也不能夠飽和,所以選Vin(min)。

嗯,你說得對!這個我只能當作定理了,但是讓我一下子搞懂為什么,還有點困難!

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tanny1987
LV.3
12
2011-03-11 18:33
@cheng111
可以,你可以將設計好的電源來推測。比如本來設計為9V~18V輸入的電源,記錄變壓器的參數,可以推出磁通密度B的變化量;下一步再假設輸入電壓為6V時還能正常工作,再次求出磁通密度的變化量就可以看出來了。

嗯,謝謝你耐心的解答!

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2011-03-11 18:35
@tanny1987
恩,我是這樣推導:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V輸入時,D=0.6的話,那么240V輸入時,D>0.3;故我得出的結論是,在高電壓輸入時,磁芯更容易飽和。不知道我的想法是不是對的?
變壓器的伏秒值是恒定的呀!
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luobiao168
LV.6
14
2011-03-11 18:36
@tanny1987
恩,我是這樣推導:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V輸入時,D=0.6的話,那么240V輸入時,D>0.3;故我得出的結論是,在高電壓輸入時,磁芯更容易飽和。不知道我的想法是不是對的?

8樓所說的是不是相當于看電感的工作方式。在反激的情況下。用最小電壓。正激的情況下用最大電壓。

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tanny1987
LV.3
15
2011-03-11 18:53
@心中有冰
變壓器的伏秒值是恒定的呀!
好,根據Li=NBS,則deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么說明低壓時,峰值電流大于高壓時的電流。
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高等數學
LV.10
16
2011-03-11 18:56
@luobiao168
8樓所說的是不是相當于看電感的工作方式。在反激的情況下。用最小電壓。正激的情況下用最大電壓。

看電感在最惡劣的電壓下你能否正常工作。

正激的話,變壓器按最小電壓來設計,電感按最大電壓來設計。

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2011-03-11 19:23
@tanny1987
好,根據Li=NBS,則deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么說明低壓時,峰值電流大于高壓時的電流。

回家多看看書,基礎的東西可不能忘記喲

提示下:Ipk=2Pin/Vdc+2Pin/Vor

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2011-03-11 19:24
@高等數學
看電感在最惡劣的電壓下你能否正常工作。正激的話,變壓器按最小電壓來設計,電感按最大電壓來設計。

是的,正激的電感是要保證在最高輸入電壓,最小占空比時電感電流要連續

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tanny1987
LV.3
19
2011-03-12 08:35
@心中有冰
[圖片]回家多看看書,基礎的東西可不能忘記喲提示下:Ipk=2Pin/Vdc+2Pin/Vor
要的!
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tornadojie
LV.5
20
2011-03-12 11:08
@心中有冰
是的,正激的電感是要保證在最高輸入電壓,最小占空比時電感電流要連續

電感的瞬時電流和磁中心的磁場強度成正比,當電感電流達到最大電流時,磁場強度也達到最大,如果磁場強度達到一定的安全值(這個值由磁芯材料決定),電感就會飽和,電感量就會下降,會有很大的電流通過開關管而損壞開關管。電感峰值電流在輸入電壓最小的時候會達到最大,所以計算的時候是以最小輸入電壓作為最惡劣的工作條件。

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EeTsang
LV.5
21
2011-03-12 13:03
參看《精通開關電源設計》馬。。已經分析過。反激等效為buck-boost 而buck-boost在最小輸入時,工作最惡劣狀態、
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陳玉鳴
LV.2
22
2011-03-12 16:00
我們知道,Vin大對應D小,Vin小對意味著D大,單端反激flyback可以看作一個buck-boost拓撲電路,對于buck-boost拓撲,電流紋波=Vin*D*f/L,所以D大則電流紋波也大從而對應的Vin小,我們當然是考慮在最壞的情況下來設計電路參數的
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jialiangleo
LV.3
23
2011-03-12 19:11
@陳玉鳴
我們知道,Vin大對應D小,Vin小對意味著D大,單端反激flyback可以看作一個buck-boost拓撲電路,對于buck-boost拓撲,電流紋波=Vin*D*f/L,所以D大則電流紋波也大從而對應的Vin小,我們當然是考慮在最壞的情況下來設計電路參數的

對的

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zhao_zhao
LV.2
24
2011-03-12 20:21
@jialiangleo
對的

可以這樣理解:對于反激電路,當輸出電壓和匝比確定后,其開通占空比確定,在低壓情況下,占空比最大。其次,當變壓器的匝數,電感量和Ae值確定后,其允許的最大初級峰值電流也確定,當輸出功率固定的情況,在輸入電壓低的時候,輸入電流自然就大,初級峰值電流也大。基于以上兩點,通常設計為了留余量,都選擇最惡劣條件設計,也就是常說的選最低輸入電壓。當然還要看芯片的控制方式。BOOST類似,而BUCK電路由于確定的輸出功率,其輸出電流確定,而峰值電流為輸出電流除以關斷占空比,而在高壓輸入情況下,開通占空比最小,所以峰值電流最大,因此,在輸入高壓情況下最惡劣。

手都打酸了,要知道更詳細,就看書吧!

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eqver
LV.4
25
2011-03-13 08:30
@tanny1987
好,根據Li=NBS,則deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么說明低壓時,峰值電流大于高壓時的電流。

      對于反激變壓器來說,決定變壓器是否飽和的值并不是deltB,而是Bmax值,原因是反激變壓器在連續模式下,并不會沿磁滯曲線回到原點。

所以一切用deltB來推導的,都是錯誤的。

 

有圖,有真相;陰影部分為變壓器運行時的磁運行路徑,所以決定磁飽和的不是deltB,而是Bmax。

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bode
LV.9
26
2011-03-13 15:21
@心中有冰
是的,正激的電感是要保證在最高輸入電壓,最小占空比時電感電流要連續

冰版前面有句話說錯了:變壓器伏秒積恒定。

對CCM模式的反激來說:變壓器伏秒積守恒,但并不恒定。

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hlp330
LV.9
27
2011-03-13 17:10
@bode
冰版前面有句話說錯了:變壓器伏秒積恒定。對CCM模式的反激來說:變壓器伏秒積守恒,但并不恒定。

這個不恒定指的是由于負載的變化?

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zhijian1024
LV.6
28
2011-03-13 17:25
@zhao_zhao
可以這樣理解:對于反激電路,當輸出電壓和匝比確定后,其開通占空比確定,在低壓情況下,占空比最大。其次,當變壓器的匝數,電感量和Ae值確定后,其允許的最大初級峰值電流也確定,當輸出功率固定的情況,在輸入電壓低的時候,輸入電流自然就大,初級峰值電流也大。基于以上兩點,通常設計為了留余量,都選擇最惡劣條件設計,也就是常說的選最低輸入電壓。當然還要看芯片的控制方式。BOOST類似,而BUCK電路由于確定的輸出功率,其輸出電流確定,而峰值電流為輸出電流除以關斷占空比,而在高壓輸入情況下,開通占空比最小,所以峰值電流最大,因此,在輸入高壓情況下最惡劣。手都打酸了,要知道更詳細,就看書吧!

為什么開關變壓器在低于額定電壓的低壓下工作容易飽和?而且變換器在低壓下向次級傳遞的能量比正常工作時還要小一些?

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zhijian1024
LV.6
29
2011-03-13 18:38
@hlp330
這個不恒定指的是由于負載的變化?
這個不恒定應該是指變換器中有連續的電流吧,變換器中能量沒有完全向次級傳遞,不同電壓下,平衡點不一樣。而CCM之外的兩種方式是能量完全傳遞的。
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2011-03-13 19:29
@bode
冰版前面有句話說錯了:變壓器伏秒積恒定。對CCM模式的反激來說:變壓器伏秒積守恒,但并不恒定。

是的,我的那個說法確實不嚴謹,是因為用詞不當!

但我的意思就是說變壓器的變壓器的初次級伏秒值是相同的,也就是你說的守恒。

看來我要好好學習語文才行,省得被抓小辮子

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2011-03-13 22:55
@zhijian1024
為什么開關變壓器在低于額定電壓的低壓下工作容易飽和?而且變換器在低壓下向次級傳遞的能量比正常工作時還要小一些?

在張占松老師的<<開關電源設計>>中也提到到這個問題,并且在梁適安的《開關電源實務設計》中也提到過這個問題。也如同前面有朋友也說到設計反激變壓器應該是在最惡劣的情況下。也就是理論上設計的最惡劣情況是最高輸入電壓同時也是最大負載輸出下。在以上都滿足的情況下設計的變壓器理論上是滿足的。但是在這種情況下的設計的變壓器效率很低。所以這也是造成了反激變壓器在設計中要多次調整。并且也同時也牽扯到變壓器會工作在2種或者3種模式下。所以建議朋友可以看看這上面提到的兩本書。可以看到答案。

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