开关电源变压器设计.docx

开关电源变压器设计.docx开关电源功率变压器的设计方法1开关电源功率变压器的特性功率变压器是开关电源屮非常重要的部件,它和普通屯源变压器一样也是通过磁耦介來传输能量的。不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器屮的硅钢片,而是在高频情况下工作的磁导率较髙的铁氧体磁心或钺莫合金等磁性材料,其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗,使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。图1(a)为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波,图1(b)为输出端得到的输出波形,可以看出脉冲变压器带來的波形失真主要有以下儿个方面:图1脉冲变圧器输入、输出波形(a)输入波形(b)输出波形上升沿和下降沿变得倾斜,即存在上升时间和下降时间;上升过程的末了时刻,有上冲,甚至出现振荡现象;下降过程的末了时刻,有下冲,也可能出现振荡波形;平顶部分是逐渐降落的。这些失真反映了实际脉冲变压器和理想变压器的羌别,考虑到各种因素对波形的影响,可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。图中:Rsi——信号源Ui的内阻Rp 次绕组的电阻Rm—磁心损耗(对铁氧体磁心,可以忽略)T——理想变压器Rso——二次绕组的电阻RL―负载电阻Cl、C2——一次和二次绕组的等效分布电容Lin、Lis 次和二次绕组的漏感Lml——一次绕纽电感,也叫励磁电感n——理想变压器的匝数比,n邙1/N2图2脉冲变压器的等效电路将图2所示电路的二次回路折合到一次,做近似处理,合并某些参数,可得图3所示电路,漏感Li包抵Lin和Lis,总分布电容C包括C1和C2;总电阻RS包括Rsi、RP和Rso;Lml是励磁电感,和前述的Lml相同;RL'是RL等效到一次侧的阻值,RL‘=RL/n2,折合后的输岀电压U'。二Uo/n。经过这样处理后,等效电路中只有5个元件,但在脉冲作川的各段时间内,每个元件并不都是同时起主要作用,我们知道任何一个脉冲波形可以分解成基波与许多谐波的叠加。脉冲的上升沿和卜•降沿包含着各种高频分量,而脉冲的平顶部分包含着各种低频分量。因此在上升、下降和平顶过程中,各元件(I八C等)表现出來的阻抗也不一样,因此我们把这一过程分成几个阶段來分析,分别找出各阶段起主要作用的元件,而忽略次要的I大I索。例如,当输入信号为矩形脉冲时,町以分3个阶段來分析•即上升阶段、平顶阶段和下降阶段。(1)上升阶段对于通常的正脉冲而言,上升阶段即脉冲前沿,信号屮包含丰富的高频成分,当高频分暈通过脉冲变压器时,在图3所示的等效电路中,C的容抗1/oC很小,而Lml的感抗<oLml很人,相比起來,可将51的作用忽略,而在串联的支路中,Li的作用即较为显著。于是町以把图3所示的等效电路简化成图4所示的等效屯路。图3图2的等效电路图彳图3的简化电路在这个屯路屮,频率越窩,®Li越大,而1/aC越小,因而鳥频信号大多降在Li±,输出的高频分最就减少了,可见输入信号Usm前沿屮所包含的高频分最就不能完全传输到输出端,频率越高的成分到达输出端越小,结果在输出端得到的波形前沿就和输入波形不同,即产生了失真。耍想减小这种波形失真•,就耍尽量减小分布屯容C(应减小变压器一次绕组的匝数)。但乂要得到一定的绕组电感量,所以需要用髙磁导率的磁心。在绕制上也叮以采取一些措施來减小分布电容,例如用分段绕法;为了减小漏感L1,可采用一、二次绕组交叠绕法等。(2)平顶阶段脉