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反激变压器的相关参数,磁芯选择,电感系数,气隙,绕线方式,

变压器概述

变压器磁芯材料:包括铁氧体,非晶,锰锌材料,钕铝硼,铁氧体材料使用比较多,中心磁柱的截面积用Ae表示,l表示磁路长度。其中铁氧体的最大饱和磁通为0.3T,一般取0.25作为饱和磁通。

磁芯材料的磁导率:即束磁能力的体现,磁导率比较高,同样匝数的线圈绕在上面感量也会更大。空气是最大的磁阻,其他磁导率都是相对于空气的相对磁导率。

磁通量:某一确定材料的磁芯通过的磁通量是有限度的(电源功率被限制),超过该磁通量,磁芯就会失去对电流的抑制能力。

漏感:没有漏感的磁芯,通过少量电流就容易出现饱和,有漏感的磁芯通过较大电流不容易出现饱和,但是需要注意的是,漏感过大,漏感电压可能会击穿功率器件。

气隙:反激电源中变压器经常会开气隙,增加漏感。一般来说,中心磁柱的气隙一般0.4-0.5毫米,气隙会显著降低AL值(例如EE25磁芯,无气隙时AL=3000nH/N2,加入0.5mm气隙后可能降至200nH/N2) ,气隙过大会导致漏感增加,需平衡电感量和漏感。

绕线:绕线匝数越多可以增加电感量对电流的抑制能力增强,但是直流电阻会增加,线圈发热严重铜损增加,变压器的效率会下降,另外磁芯的窗口面积也会对绕线圈数进行限制。

三明治绕法:线圈之间的耦合度比较好,漏感比较低,工艺比较复杂,绕线之间的寄生电容会增大,由此会增加电磁干扰,大功率场合例如低压大电流的场合比较实用,利于散热。

绕线方式:反激变压器初级从1脚开始顺时针方向绕线到2脚结束;辅助绕组从3脚开始反方向绕到4脚结束;1脚和3脚是异名端,1脚和4脚是同名端。需要注意的是。同名端的绕线方向应该是一样的。每绕制一层都应该加一层绝缘胶带。

窗口:窗口越大,磁芯的体积会越大;通过的电流越大,漆包线的直径会大,窗口也需要越大;多线并绕减少集肤效应

磁芯的体积:与功率是有关系的,变压器的体积大小决定纹波,即对电流的抑制能力

V_{e}=0.7\frac{(2+r)^{2}P_{in}}{rf}

频率单位kHZ,纹波率取0.5,结果的单位是立方厘米

Ve决定的是中心磁柱的体积,体积代表磁能量,用来抑制电流的变化,体积大小决定功率的大小。由电路的最大输入功率确定体积,由体积确定中心磁柱的截面积

变压器的一般设计步骤

概述

  1. 确定变压器的体积,根据最大输入功率进行确定;
  2. 确定中心磁柱的截面积Ae;
  3. 确定变压的匝数
  4. 确定变压器是否会饱和,即确定磁通量,验证步骤。

磁芯的几何形状

EE型磁芯的相关参数

磁芯选择

小功率的反激电源中用EE形状的磁芯比较多,列如EE16,16指的是“E形状的长度”

磁芯体积的确定由输入最大功率确定

V_{e}=0.7\frac{(2+r)^{2}P_{in}}{rf}

频率单位kHZ,纹波率取0.5,结果的单位是立方厘米

匝数确定

N=(1+\frac{2}{r})\frac{V_{ON}*D}{2*B_{pk}*A_{e}*f}

选的变压器的磁芯越小可以把频率进行提高;

频率较高也可以抑制电流的纹波率,反激电源中即相当于运输能量包的速度变快了,

饱和磁通的验证公式

AL 值电感系数

变压器的AL 值电感系数是磁芯的重要参数,表示单匝线圈在磁芯上产生的电感量,单位为 nH/N²(纳亨每平方匝)。它是磁芯材料、形状和气隙的综合参数,直接决定了绕组的电感量与匝数的关系

定义:

A_{L}=\frac{L}{N^{2}}   单位是nH/N^{2}

AL 值的来源

AL的作用

快速计算电感量,已知匝数N时,可直接计算电感量

L=A_{L}*N^{2} 单位是纳亨

气隙越大,有效磁导率越小,AL值越低。通过调节气隙可精确控制电感量。

实际设计中的应用

匝数计算:设计目标电感 L时,计算所需匝数:

气隙调整:若实测电感量偏差较大,可通过调整气隙修正 AL 值:

气隙的影响:气隙会显著降低AL值(例如EE25磁芯,无气隙时AL=3000nH/N2,加入0.5mm气隙后可能降至200nH/N2) 。

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