【我是工程师】--单端正激双管式开关电源设计之高频变压器设计！
最近电源网举行我是工程师这个活动 看到礼品这么丰富 我也忍不住想凑个热闹 准备把以前自己动手设计的一款电源贴出来和大家共享 其中借鉴了一些资料 难免会有一些差错 希望大家能及时指证
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@hello-no1
单端正激式开关电源 一般适用与200W以下的开关电源 （至于为什么是200W 我没有真正去验证过 找了好些资料 都是这么说的 希望有高手能解释一下为什么不能超过200W） 我以前见过1200W的单端正激式开关电源 功率模块用的是IGBT 不过效率不高
常见的单端拓扑结构 通常都是带有去磁绕组 去磁绕组的圈数和初级绕组的圈数相同 主要目的是为了防止变压器磁饱和 正激拓扑结构的高频变压器磁芯是不需要有去磁绕组的 因为初级获得的能量都会完全传递到次级 但是实际的情况是 因为磁芯工作的区间的一三象限 每次初级获得能量在传递到次级时 磁芯都会有一些能量的残留 当残留的能量不断累加时 变压器就会发生磁饱和（磁通量为零 电流无穷大 至此变压器就会烧毁） 为了防止变压器磁饱和 需要加入去磁绕组 去磁绕组的方向和初级绕组的方向正好相反 每次初级将能量传递到次级时 残余的能量和去磁绕组中的能量方向相反 正好抵消
至于去磁绕组和初级绕组是如何绕制的 查了几本书 都说是紧密绕制 在《变压器与电感器设计》（龚绍文翻译）这本书中，中写道是双线并绕 我想了很长时间没有搞懂 虽然我变压器也绕制了很多 但是双线并绕一般都是同向的 主要是为了降低趋肤效应 不知道书上的意思作何解释
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@hello-no1
开关电源的书籍 我买了很多本 有王志强翻译的《精通开关电源设计》 《开关电源手册》 沙占友写的 张兴柱写的 陶显芳写的 翻开这些书籍 滔滔不绝的都是公式 这些人 我相信他们都是大神级别的 通过公式的罗列 基本就能真正理解开关电源各种拓扑结构的知识 但是这种方法 对于我不合适 我相信公式 但我更相信实证 只有把某一种拓扑结构的电源做出来 通过示波器 万用表测试关键节点的参数 并和公式对照 我才能说服自己 某个公式是正确的 不知道 群里的大神们 你们学习电源的制作 是采用的什么方法 希望大家能说说 话说 我最喜欢的还是刘胜利写的书籍 虽然重复性很多 但是 确实是作者实战结合理论的成果
单管正激式拓扑结构有两个缺陷 第一是功率管截止期间承受的电压应力是两倍的Vin 第二个问题 就是昨天我帖子里说到的 因为高频变压器工作与第一象限 磁能会在磁芯中积累 导致磁芯饱和 磁通量为零 电流无穷大 需要加去磁绕组 而去磁绕组需要和初级线圈紧密绕制 这个工艺比较繁琐 这是我对单管正激式拓扑结构的理解 为了降低功率管的电压应力同时省略去磁绕组 我们引入另一个单端正激式拓扑结构 它是单端双管正激式拓扑结构 听这个名字 就知道它是单端单管正激式拓扑结构的孪生兄弟 他的近照
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@hello-no1
单管正激式拓扑结构有两个缺陷 第一是功率管截止期间承受的电压应力是两倍的Vin 第二个问题 就是昨天我帖子里说到的 因为高频变压器工作与第一象限 磁能会在磁芯中积累 导致磁芯饱和 磁通量为零 电流无穷大 需要加去磁绕组 而去磁绕组需要和初级线圈紧密绕制 这个工艺比较繁琐这是我对单管正激式拓扑结构的理解 为了降低功率管的电压应力同时省略去磁绕组 我们引入另一个单端正激式拓扑结构 它是单端双管正激式拓扑结构 听这个名字 就知道它是单端单管正激式拓扑结构的孪生兄弟 他的近照 [图片]
大家仔细看会发现 双管式和单管式有两个不同 第一当然是功率管变成了两个 另一个不同点就是去磁绕组没了 变成了两个续流二极管 第一个的改变 使功率管在截止期间 每个管子承受的电压应力变成了Vin 这个变化对于选择功率管提供了很大的便利 另一个变化就是去磁绕组变成了续流二极管 这样做 变压器的工艺立马就省了很多 功率管耐压问题以及高频变压器的工艺问题虽然解决了 但是后面又来了一个问题 这个问题要解释清楚 需要引入上述两种拓扑结构的父辈 它的名字叫做BUCK拓扑结构 上近照
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@hello-no1
在buck拓扑结构中 二极管D的作用是续流 电感的作用是储能 当功率管导通期间 二极管截止 电感储能 负载功率由输入电源供电 当功率管截止 此时负载的供电由电感提供 同时二极管正向导通 为负载电流提供回路 根据二极管PN结的物理特性 当输出功率越大 续流二极管的反向截止时间越长 同时因为电感承担着为负载供电的作用 有了上面的概念 现在我们转回话题 再谈单端双管正激式拓扑结构 在该拓扑结构中 变压器的作用是能量的传递 和反激式拓扑结构不同 他没有能量储存的作用 能量的储存由后端的输出滤波电感来承担 此时 滤波电感的体积变需要加大 以便能容纳足够多的能量 为后端的负载供电 说到这里 大家应该知道 单端双管正激式拓扑结构的缺点了 那就是续流二极管的反向截止时间相对较长 另一个缺点就是滤波电感体积偏大 那有没有好的办法来改善呢 答案是有的 欲知后事如何 且听下回分解
接着昨天的话题 现在我想采用单端双管正激式拓扑结构输出更大的功率 怎么办了 除了增大续流二极管以及输出滤波电感的方法 有没有其他的方法呢 打个简单的比方 只以骆驼为例 一头瘦弱的骆驼只能驼100斤的货 我现在有150斤的货物 那怎么办呢 一种方法是 重新选一头强壮的骆驼 他的负载能力强了 可以驼200斤的货物哦 那问题解决了 或者选两头瘦弱的骆驼 每头驼75斤 问题也解决了 同样的道理 现在我采用单端双管正激式拓扑结构 想输出更大的功率 一种方法便是我上述中的增大续流二极管以及输出滤波器的体积 还有一种办法是 我不增大续流二极管的型号 也不增加疏忽滤波器的体积 我采用两款同样的电路并联即可解决这个问题 至此我们引入并联式单端双管正激式拓扑结构 上近照
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@电源网-娜娜姐
越来越有料了 赞！
书接上回 今天的画话题是单端正激式变压器的计算 确定好电源的拓扑结构 定好电源的工作频率之后 就到变压器计算了 变压器的计算 我觉得不是一大堆生疏的公式套用 对于很多初学者来说 这样难度很大 我觉得变压器的学习是一个循序渐进的过程 不能心急 首先我们要有直观的认识 熟悉变压器的组成 如果可能 在学习变压器的设计过程中 自己一定要亲自绕制几个 我仅仅以高频变压器举例 开关电源变压器大致由骨架 磁芯 漆包线 绝缘胶带组成 这是直观的了解 接着我们来谈谈电子变压器的电气特性 包括磁导率 饱和磁通密度 剩余磁通密度 矫顽力 磁心损耗 居里温度 电阻率等 我查找了几本开关电源书籍及TDK磁芯材料技术手册 归纳出来的电气参数 我上传几种磁芯材质的近照
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@hello-no1
上述讲到的电气参数 其实就是磁芯材质的电气参数 很多初学开关电源的朋友看到磁芯材质这么多电气参数 可能立马头就大了 我教大家一个方法 大家不要拘泥于磁芯材料的电气参数 这些参数只是供你参考而已 看一遍基本就行了 如今磁性材料成分的配比以及烧结工艺都很成熟 你大可不必把时间花在这些参数上 话说回来 为了便于大家理解 可以从另一个角度来思考 把磁性材料当作一种新的物质 作为人类的我们需要了解它 会怎么做呢 那当然是从物理学的角度下手了 测量这种物质的电特性 磁特性 温度特性 力学特性等等 在测试时把发现的规律记录下来 就是上述的诸多电气特性的总和 对于磁性材质的电气特性 我们就讲到这里
磁芯的电气特性讲好了 下一步就是漆包线的电气特性 漆包线 其实就是铜线裹了一层绝缘漆而已 这是漆包线的直观描述 对于变压器中漆包线的电气描述 大致需要考虑的参数 第一是绕制方向 这就是开关电源变压器所谓同名端异名端的由来 接着当然是大家都熟悉的匝数比的关系 在其次当然是漆包线横截面积 这个参数主要影响电流密度 谈到电流密度 我们不得不提开关电源变压器中一个很重要的物理学规律 那就是趋肤效应(具体的解释大家可以百度) 引入这一物理学规律 大家应该就明白为什么很多变压器线圈采用多股漆包线绕制了 漆包线的电气参数大致就这些 漆包线近照
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@hello-no1
磁芯的电气特性讲好了 下一步就是漆包线的电气特性 漆包线 其实就是铜线裹了一层绝缘漆而已 这是漆包线的直观描述 对于变压器中漆包线的电气描述 大致需要考虑的参数 第一是绕制方向 这就是开关电源变压器所谓同名端异名端的由来 接着当然是大家都熟悉的匝数比的关系 在其次当然是漆包线横截面积 这个参数主要影响电流密度 谈到电流密度 我们不得不提开关电源变压器中一个很重要的物理学规律 那就是趋肤效应(具体的解释大家可以百度) 引入这一物理学规律 大家应该就明白为什么很多变压器线圈采用多股漆包线绕制了 漆包线的电气参数大致就这些 漆包线近照 [图片]
漆包线讲解完成 接着就是骨架的讲解了 骨架大致可以分为卧式和立式 骨架大致由绕线槽 磁芯孔 针脚 过线槽 挡墙等组成 上近照
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，才画的板
