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开关电源中 开关变压器 的气隙 有何作用?

现在向各位高手 请教一个问题:

在相同的开关电源电路 (电路是反激电路) ,外围电路所使用的电子元件都是一致的情况下,

现在有两款变压器,分别用一号变压器 和二号变压器来表示说明。

       这两款变压器所使用的磁芯,骨架,所绕制的圈数和匝数比都是一样的,唯一的区别是:二号变压器的气隙宽度 比一号变压器的气隙宽度 大,比如大0.5mm,或者 1mm 等

假若 使用 一号变压器 时,电路是正常工作的,输出端的电压和输出功率都是正常的。

那么,如果 使用 二号变压器,则电路的输出电压 和输出功率 会发生什么变化? 气隙的大小 有什么作用?

期待高手的讲解!

非常谢谢!!

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2013-03-01 13:00
气隙大,电感小,峰值电流更大些
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735575630
LV.5
3
2013-03-01 13:21

开气隙的作用和目的:第一,能使磁芯的等效磁路长度增加,减少剩余磁感应强度;第二,虽然不能对磁通的直流成分进行完全修正,但是能使磁通的直流成分基本维持不变,因气隙增加了磁路中的磁阻,在磁动势一定时,可以控制磁芯的磁通密度,从而平衡直流成分的影响

还有,大部分的能量存储在气隙中:气隙的磁阻比磁芯大得多,导致大部分磁动势都降落在气隙上,气隙跟磁通密度成反比

中柱开气隙,可以减小电感量,增加了漏感,会出现电压尖峰,使得Mosfet的电压应力加大

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2013-03-01 13:36
@735575630
开气隙的作用和目的:第一,能使磁芯的等效磁路长度增加,减少剩余磁感应强度;第二,虽然不能对磁通的直流成分进行完全修正,但是能使磁通的直流成分基本维持不变,因气隙增加了磁路中的磁阻,在磁动势一定时,可以控制磁芯的磁通密度,从而平衡直流成分的影响还有,大部分的能量存储在气隙中:气隙的磁阻比磁芯大得多,导致大部分磁动势都降落在气隙上,气隙跟磁通密度成反比中柱开气隙,可以减小电感量,增加了漏感,会出现电压尖峰,使得Mosfet的电压应力加大

那请问一下:上述例子中,增加了气隙,输出功率是如何变化的?是变大还是变小?

非常谢谢!!

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2013-03-01 13:43
@上善如水
那请问一下:上述例子中,增加了气隙,输出功率是如何变化的?是变大还是变小?非常谢谢!!

如果均能正常工作,气隙越大,电感量越小,能输出的功率自然就越大。

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2013-03-01 14:21
@新月GG
如果均能正常工作,气隙越大,电感量越小,能输出的功率自然就越大。

你好!正如这样所说,如果均能正常工作,气隙越大,电感量越小,能输出的功率自然就越大。

那我想问一下:如果想让 气隙大的变压器(二号变压器) 输出 与气隙小的变压器(一号变压器) 输出一样的功率,应该通过什么方式来实现? 比如 通过调整开关频率 能实现吗?如果能,那么开关频率应该调高 还是降低?

非常谢谢!!

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2013-03-01 15:27
@上善如水
你好!正如这样所说,如果均能正常工作,气隙越大,电感量越小,能输出的功率自然就越大。那我想问一下:如果想让气隙大的变压器(二号变压器)输出与气隙小的变压器(一号变压器)输出一样的功率,应该通过什么方式来实现?比如通过调整开关频率能实现吗?如果能,那么开关频率应该调高还是降低?非常谢谢!!

在变压器温升允许的情况下,频率越大,输出功率的能力越大。

理论上说,变压器存储的能量就是B*H*f的积分,对变压器来说,Bmax是固定的。气隙越大,H就越大,存储的能量就越大。频率越大,存储的能量就越大。

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2013-03-01 16:43
@新月GG
在变压器温升允许的情况下,频率越大,输出功率的能力越大。理论上说,变压器存储的能量就是B*H*f的积分,对变压器来说,Bmax是固定的。气隙越大,H就越大,存储的能量就越大。频率越大,存储的能量就越大。

那按照你的讲解,如果我想让 气隙大的变压器(二号变压器) 输出 与气隙小的变压器(一号变压器) 输出一样的功率, 那么,我就要降低开关频率,这样就可以实现了,是吗?

非常谢谢!!

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2013-03-01 16:48
@上善如水
那按照你的讲解,如果我想让气隙大的变压器(二号变压器)输出与气隙小的变压器(一号变压器)输出一样的功率,那么,我就要降低开关频率,这样就可以实现了,是吗?非常谢谢!!

好吧,理论上可以这么理解,实际影响因素很多,要仔细计算。

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2013-03-01 17:14
@新月GG
好吧,理论上可以这么理解,实际影响因素很多,要仔细计算。

非常谢谢你,新月GG

在反激电路中,存在这样的关系:输入电压越低时,开关占空比越大,随着输入电压的升高,开关占空比会减小。

当面临这种情况:输入电压较低时(比如输入电压为100V),开关占空比就比较小(比如5%)。这样的话,随着输入电压的升高,开关占空比 会逐渐减小。

问题是这样的:开关占空比过小,会产生什么问题?如果发生上述情况,在变压器不改变的情况下,外围电路的元件改如何修改?

非常谢谢!!

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2013-03-01 17:27
@上善如水
非常谢谢你,新月GG在反激电路中,存在这样的关系:输入电压越低时,开关占空比越大,随着输入电压的升高,开关占空比会减小。当面临这种情况:输入电压较低时(比如输入电压为100V),开关占空比就比较小(比如5%)。这样的话,随着输入电压的升高,开关占空比会逐渐减小。问题是这样的:开关占空比过小,会产生什么问题?如果发生上述情况,在变压器不改变的情况下,外围电路的元件改如何修改?非常谢谢!!

要按照最恶劣条件下去设计占空比啊,即低压输入满载输出时占空比设计到接近0.5(也可大于0.5,要看芯片,以及主电路工作状态),这样高压输入满载输出时占空比不会太小。

占空比能否过小,要看芯片的极限开关频率和开关速度。根据芯片资料选择合适的最小占空比。假如驱动脉冲宽度小于开关延迟时间,那就有问题了。

 

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2013-03-04 08:44
@新月GG
要按照最恶劣条件下去设计占空比啊,即低压输入满载输出时占空比设计到接近0.5(也可大于0.5,要看芯片,以及主电路工作状态),这样高压输入满载输出时占空比不会太小。占空比能否过小,要看芯片的极限开关频率和开关速度。根据芯片资料选择合适的最小占空比。假如驱动脉冲宽度小于开关延迟时间,那就有问题了。 

我当初也是按照这种情况去设计的。但现在元件都安装好之后,我去进行测量。发现导通的时间特别短,占空比太小。

不清楚是因为变压器的问题还是其他问题?因为变压器绕制的气隙 比我要求的气隙 大。

现在想通过更改外围电路 来进行改善。请指导!!

非常谢谢!!

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2013-03-04 09:08
@上善如水
我当初也是按照这种情况去设计的。但现在元件都安装好之后,我去进行测量。发现导通的时间特别短,占空比太小。不清楚是因为变压器的问题还是其他问题?因为变压器绕制的气隙比我要求的气隙大。现在想通过更改外围电路来进行改善。请指导!!非常谢谢!!

你现在占空比小的具体条件是什么?比如输入电压、输出电压、输出电流、开关频率、占空比、变压器匝比、原边电感量 各是多少?

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2013-03-04 10:20
@新月GG
你现在占空比小的具体条件是什么?比如输入电压、输出电压、输出电流、开关频率、占空比、变压器匝比、原边电感量各是多少?

我最初的设计值是:

我使用UC2842作为开关IC。再进行变压器设计时,我考虑的数值是:最大占空比48%,输入电压为100V,总输出最大功率为25.8W(5V输出3.6W,+15V输出4W等等),开关频率为100KHZ,使用TDK 的PC47 EI25-Z 作为磁芯。

最终我得到的设计值是:原边匝数为78,原边最小电感量为355uH. +5V 绕了5圈。

但现在实际测量导通的时间很短,不足1us.

请进行讲解!

非常谢谢!!

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2013-03-04 10:54
@上善如水
我最初的设计值是:我使用UC2842作为开关IC。再进行变压器设计时,我考虑的数值是:最大占空比48%,输入电压为100V,总输出最大功率为25.8W(5V输出3.6W,+15V输出4W等等),开关频率为100KHZ,使用TDK的PC47EI25-Z作为磁芯。最终我得到的设计值是:原边匝数为78,原边最小电感量为355uH.+5V绕了5圈。但现在实际测量导通的时间很短,不足1us.请进行讲解!非常谢谢!!

理论计算如下,如果实际和计算不符合,就要去找找原因了。

DCM flyback:

Ug=Ui*(2^0.5)

n=No/Ni=5/78

Uor=Uo/n=5V/(5/78)=78V

Mr=Uor/Ug

Mr=d/(1-d)  =>  d=1/((1/Mr)+1)

d*Ts=d/fs

根据以上:

当Ui=100V是,d=0.36,d*Ts=3.6us

当Ui=220V是,d=0.20,d*Ts=2.0us

 

 

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