给大家看看好东东

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21ICBBS转贴 firstman 发表于 2003-6-6 23:35 电源技术 ←返回版面    

关于单端反激式开关电源高频变压器气隙的一点思考!

我不是学电源专业的,但近来对开关电源颇感兴趣,自己设计制做了一款端反激式开关电源;在制做过程中有一点我始终弄不明白,为什么反激式开关电源的高频变压器必须得有气隙?找不到充分的理论依据!没有气隙难道不行吗?大家帮我看看我这样想法对不对?
初级导通状态我认为就是电感响应阶跃电压的过程,在这个过程能量被贮存在电感中.电流按指数规律上升,这个电流应该就是初级峰值电流吧.由于是暂态过程,初级绕组匝数少,其内阻可以不计,所以说初级峰值电流其实就取决于初级电感量.Ip=Vin*Lp/tc;那好,也就是说我要达到一定大的Ip,就可以调节Lp来实现,通过增加磁路磁阻(气隙)外,我想应该还可以在不开气隙的情况下减少初级匝数来达到要求.当然,增大钱芯的载面积,使在相同电流磁场强度下磁通没有饱和也可以.好,那我的问题是:能不能不开气隙减少初级匝数来满足Ip的要求?

如果不能为什么?

如果能的话也就意味着原副边匝数其实没什么关系,只要变比不变就可以,比如说我可以原边取50匝,副边取2匝,调节气隙使Lp为一定值;也可以在保证Lp不变的情况下让原边为100匝,副边为4匝,只要能绕的下;(Lp通过调节气隙保持不变)


哪位高手来传道授业解惑!




签名:


我们除了这点技术还有什么???????






卫汉 发表于 2003-6-7 00:29 电源技术 ←返回版面    

多看些参考书再思考







tinyhe 发表于 2003-6-7 10:57 电源技术 ←返回版面    

可以啊,只要你有钱

磁心足够大







pxq7233 发表于 2003-6-7 11:24 电源技术 ←返回版面    

气隙的作用是存储能量

正激中的磁芯是传输能量,反激,需要先存储能量,然后再放到副边,能量主要存储在气隙中,磁芯起约束能量的作用







stonenuco 发表于 2003-6-7 13:33 电源技术 ←返回版面    

不开gap不行







stonenuco 发表于 2003-6-7 13:37 电源技术 ←返回版面    

不开gap不行

不开GAP的话,CORE容易出磁饱和,这应该是主要原因,至于WHY那就一言难尽








firstman 发表于 2003-6-8 19:41 电源技术 ←返回版面    

想了一整天还是觉得减少匝数和增大磁芯,开气隙是一个道理!

想了一整天还是觉得减少匝数和增大磁芯,开气隙是一个道理!
因为电流决定磁场强度H,我们的目的就是获得初级电感Lp和初级峰值电流!因为它们决定了输出功率!
1.增大磁芯,呵呵不用说了就是在Ip的情况下铁芯不饱和Q
2.开气隙是在磁路中增加了磁阻,使达到相同的Bsat要更大的电流,这样就不会饱和了.
3.减少匝数也是达到了要更大电流才能使铁芯饱和的效果,因为H=IN/L,就是安匝数除以磁路的长度,在介质一定的情况下,减少N,要达到饱和磁密就得增加电流I,这有和开气隙是一个道理吗?试想我减少匝数使初级电感为要求的Lp,这时初级峰值电流自然就是Ip了,因为Ip=Vin*Dmax/(Lp*f);

这样难道不行吗?




签名:


我们除了这点技术还有什么???????






POWERups 发表于 2003-6-8 20:30 电源技术 ←返回版面    

变压器的气隙问题

由于反激工作只在第一象限磁滞回线,在绕组中的直流成分可在B-H回环的水平
H轴上产生一直流磁力Hdc.对于一个确定的副边电流负载,Hdc的值是确定的.
在没有饱和的条件下,带气隙磁芯可加上更大的H值(直流电流).H的更大值
Hdc2已足于使没有气隙的磁芯达到饱和.因此,有大直流电流时,气隙对防止芯饱和是有效的.当反激式开关电源高频变压器以连续方式工作时,有相当大的
直流电流成分,这时,必须有气隙.









latou 发表于 2003-6-8 21:29 电源技术 ←返回版面    

re

理论上说,可以不需要gap, 但是代价就是你必须要用大好多的磁芯才能保证不饱和,尤其是在连续的模式下.

gap的作用是增大delta H,相当于有效减小磁芯的有效磁导率和原边电感.

楼上说的很对!







guosr 发表于 2003-6-8 21:38 电源技术 ←返回版面    

没错,开气隙和减小电感量是一个道理

   但在磁心不变的条件下,减少匝数不行,会导致磁心饱和:匝数越多,越远离饱和(我知道很多人要疑惑不解或题反对意见了);如果磁心是理想的导磁体,不管B多大都不会饱和,那么的确没必要开气隙.







chenborrow 发表于 2003-6-10 09:49 电源技术 ←返回版面    

菜鸟如我,真的要疑惑不解了

guosr能不能指点一二?







chenborrow 发表于 2003-6-10 11:59 电源技术 ←返回版面    

请教guosr

根据∮H×dl＝∑I,匝数越多,∑I就越大,对于特定的磁路,H就越大,当然就越容易饱和,怎么可能会远离饱和呢?







chenborrow 发表于 2003-6-10 12:25 电源技术 ←返回版面    

还有……

即使是理想导磁体,也不能不加气隙,不然你的能量存在哪里?不要忘了,反激式变压器的功能是存储能量噢.这一点POWERups 已经说得很明白了.







guosr 发表于 2003-6-10 13:11 电源技术 ←返回版面    

圈数增加,Lp就增加,在Ton期间Ip的上升速率下降,于是Ipk减小

    Lp和圈数的平方成正比,而Ip上升速率和Lp成反比,因此在Ton一定的情况下,Ipk和圈数的平方成反比,Hpk又和Ipk成正比……如此推导下去,你会发现B和圈数成反比:圈数越多,越远离饱和.
    如果单纯考虑I和饱和的关系,当然是圈数越多越饱和;但是具体到变压器,更多的是要考察Vi*Ton和饱和的关系,因此……







谢学仲 发表于 2003-6-10 13:23 电源技术 ←返回版面    

guosr 说的正确扼要

对于对电磁学没有感性理解的人并几个工式推导来推导去再后还是不知所以然.
关干匝数越多,越远离饱和,这里可引入伏*秒积概念;当电压加在变压器初级二端时,随着时间推移变压器初级线圈电流线性上升,当电流线性上升到一定值时磁芯饱和、电感量骤降,这时电流上升速率骤增.转折点就是这变压器初级的饱和点.起始点到饱和点的时间*所加电压就是这变压器初级线圈的饱和伏*秒积.匝数越多安、匝数增大越慢、饱和伏*秒积越大,在同磁芯、电压、频率条件下越远离饱和.
下面是一个反激变压器的电磁性







谢学仲 发表于 2003-6-10 13:25 电源技术 ←返回版面    

反激变压器的电磁性









谢学仲 发表于 2003-6-10 14:03 电源技术 ←返回版面    

关于单端反激式开关电源高频变压器气隙的问题

也可以这样理解;任何变压器的设计首先要保证变压器的磁芯不饱和,也就是说工作时加在初级线圈上的伏*秒积要小于饱和伏*秒积,实际设计时还要有一定的余量,所以不同截面的磁芯根据频率、电压算出相应的匝数,(还跟电路有关).这样的匝数如果不开气隙其电感量是很大的,为了减小电感量只能开气隙.
总的一句话;一定的磁芯、频率、占空比、电压就要有一定的匝数,,,,,,要减小电感量只能开气隙


* - 本贴最后修改时间:2003-6-10 16:29:59 修改者:谢学仲
* - 修改原因:忘了标点






chenborrow 发表于 2003-6-10 14:32 电源技术 ←返回版面    

谢谢guosr和谢兄

两位的解说使得在下受益匪浅,其实我应该假定功率不变而不是电流不变.







SUN0_LIANG 发表于 2003-6-10 15:27 电源技术 ←返回版面    

谢学仲说的太对了,就是结论错了

谢学仲说的太对了,就是结论错了
变压器设计时,用的最大H是饱和值的X%决定一切,X愈小,抗饱和能力愈强,自然可以不加气隙.只不过,变压器利用率低.
也就是说理论上,如果你愿意(),可以不加气隙.
还是谢谢谢学仲,人理论说的还是对的.







chenborrow 发表于 2003-6-10 16:01 电源技术 ←返回版面    

suno-liang有点鸡蛋里挑骨头

你所说的理论上什么什么的没一点实际作用,反激变压器不加气隙相当于电路中不加电阻直接把电压两端短路,从理论上来说导线总是有一定电阻的,所有除了电流大了点外不会有什么问题.而事实上你不会这么做.
xu1021 发表于 2003-6-10 16:34 电源技术 ←返回版面    

chenborrow,你的思路已走向歧点.

一些论点都不是很正确.电路上,电源可以不形成回路独立存在,磁场是必定有回路的.反激式开关电源高频变压器的能量变换是由LI^2决定的,并非什么什么气隙储存能量转化过来的.







sanzi666 发表于 2003-6-10 17:36 电源技术 ←返回版面    

我的一点看法,

加气隙后只不过把整个磁路的u即磁导率变了,至于B 和H磁芯的值是不变的,变压器工作时只要不超越其安全工作区,变压器都能工作,但怎样做到最优的工作状态就是
1,损耗最小,2,最不易损坏(磁芯饱和).这就要看个人的经验和实践中摸索了.








ticc 发表于 2003-6-10 18:43 电源技术 ←返回版面    

用储能来理解可以侃侃以下公式

W/u=∮H dB,对于同样的磁芯材料,如果不加气隙,可能永远达不到要求输出的功率.无论磁心有多大.







tinyhe 发表于 2003-6-11 08:27 电源技术 ←返回版面    

大家说了这么多,

觉得都是一知半解的,去看看法拉第定理吧







dbing 发表于 2003-6-11 08:29 电源技术 ←返回版面    

到这本书上去查

   “开关电源的原理与设计”







谢学仲 发表于 2003-6-11 09:15 电源技术 ←返回版面    

tinyhe ;看来你是全解的

请你谈谈你的理解,不要说去看什么什么定律,什么什么书上是这样说的.







ticc 发表于 2003-6-11 09:49 电源技术 ←返回版面    

必须加气隙

单端反激式变压器利用储能变换的方式实现能量传递,请大家讨论一个基本的问题:此能量储存在变压器的什麽地方?
实际上,理想的无气隙的变压器是不能储存能量的,无论电感量有多大.
平常我们所用的变压器都会带有一点气隙,但只能储存很小的能量,要达到实际需要,必须开气隙.以下公式供参考:
单位储存能量W=∮H×dB   参考B-H曲线,就可以明白加气隙可以增大能量积分面积.
欢迎讨论!








sanzi666 发表于 2003-6-11 10:03 电源技术 ←返回版面    

必须加气隙

B=uH,SO W=1/2*u*H*H,加GAP无非是把U值给改变了,







chenborrow 发表于 2003-6-11 12:11 电源技术 ←返回版面    

假如都说去看书,那这个论坛就没有存在地必要了.

问xu1021 ,能量由L×I^2决定不错,但当mos管关断,电流为零,而能量又没有完全传递出去的时候你的能量到哪里去了,不是在气隙上?







xu1021 发表于 2003-6-11 14:23 电源技术 ←返回版面    

说几句,兼答chenborrow

问xu1021 ,能量由L×I^2决定不错,但当mos管关断,电流为零,而能量又没有完全传递出去的时候你的能量到哪里去了,不是在气隙上?

答:先回答上面这个问题,当mos管关断瞬间,电流不可能突变,但是可以通过互感效应把能量传递到次级输出,磁通链不变.如果互感系数M=1,则能量全部由次级释放(事实上互感系数M恒小于1).
   如果,次级开路,当mos管关断瞬间,电感上的能量同样是立即在初级形成释放回路.
   也就是说,mos管导通后,能量存储在电感上;mos管关断时,立刻释放.这是反激式电路所特有的,初级电感储能.
   下面来说说为什么要留气隙.当输出功率确定以后,可以知道初级所需提供的能量,由频率、占空比、输入电压,可得最大的电流值,从而确定初级大致的电感量.问题是磁芯材料的限制(磁导率低,饱和点低,工作频率的原因),在我们需要的电感值上,所取的安*匝数会使磁芯到达饱和,众所周知,磁芯到达饱和时,电感量将急剧下降.所以,一般都是采用留气隙来解决这个问题.留气隙后,由于磁感应强度的减小,为了达到同样的电感值,安*匝数会有增加,但是可以得到较好的磁芯的工作区域.另外,留气隙后的缺点是漏感增加,对吸收回路要求增高,损耗增大.辐射干扰加重.
   打字速度相当慢,就到这里.
   20年前对开关电源有所兴趣,现在不行了.








tinyhe 发表于 2003-6-11 14:41 电源技术 ←返回版面    

谢兄,不小心冒犯你了,sorry

偶的意思不是说大家说错了.
对于反激变压器的参数:圈数,气隙,电感量,他们之间是有严格的数学关系的.对于磁芯不变的情况下,改变圈数,气隙都会改变电感量.
偶觉得在反激的设计过程中,首先确定的是原边的电感量(在频率确定后),由此也确定了原边的电流.从法拉第定律,我们可以得出 L *I = N *Ae * B;由此,我们可以根据实际磁芯的参数,选定 B,然后根据Ae,选定圈数N ,通常,在不开气隙的情况下,电感量是很大的,远大于我们预期的L,因此需要加入气隙.
对于磁芯一定,气隙一定,电流一定时,增加圈数会更容易饱和.
谢兄说的伏秒积,其实就是法拉第定律的一种表现形式:U=N*Ae*dB/dt-->U*dt = N*Ae *dB,与气隙没必然联系







sun0_liang 发表于 2003-6-11 15:52 电源技术 ←返回版面    

谁鸡蛋里挑骨头

谁鸡蛋里挑骨头,电与磁有一个区别就是,普通磁体与空气的的导磁率的差别较一般导体与空气的差别为小.明白???







谢学仲 发表于 2003-6-11 23:33 电源技术 ←返回版面    

我发在这里的帖子看看对大家有没有帮助


http://www.powersupply.net.cn/forum/topic.php?id=363






firstman 发表于 2003-6-11 23:59 电源技术 ←返回版面    

引来如此多的高手讨论,感激涕泠!

不过我坚持,减少匝数比可以增大输出功率,只不过因为副边的匝数本身就少,如果减少匝数来实现输出功率的话,有可能出现不到一匝的现象．






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我们除了这点技术还有什么???????






ljmxqf 发表于 2003-6-12 08:14 电源技术 ←返回版面    

电源事业相当







ljmxqf 发表于 2003-6-12 08:21 电源技术 ←返回版面    

电源论谈............

发表一下浅显的意见:
磁芯的饱和磁通密度只跟磁芯的材质有关系,跟大小没关系.








谢学仲 发表于 2003-6-12 08:39 电源技术 ←返回版面    

tinyhe ;

除掉标题你下面的论点都是正确的,有的只是理解角度不同.







firstman 发表于 2003-6-12 21:46 电源技术 ←返回版面    

有没有哪位高人站出来理一下

本贴自发布以来得到众多高手热烈响应,大家都发表了各自的观点,但一一看下来,我个人认为,有些观点可能不一定非常正确!须要有人出来将各种观点一一整理,指出其正确和错误的地方.本人非此专业,理论知识很缺乏,只能做一个旁观者和学习者.恳请哪位资深高手对本贴的各种观点一一分析,作一个系统的答复,这样我们的讨论也会更有意义,更有成果!


思考让人提高,辩论使人深刻!




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feng7903 发表于 2003-6-13 08:27 电源技术 ←返回版面    

反激,需要先存储能量

正激中的磁芯是传输能量,反激,需要先存储能量,然后再放到副边,能量主要存储在气隙中,磁芯起约束能量的作用








xu1021 发表于 2003-6-13 09:40 电源技术 ←返回版面    

看来我前面是白说了.


ptldy 发表于 2003-6-13 15:57 电源技术 ←返回版面    

《磁性元器件分册》

有关开关电源变压器的理论,请参看“实用电源技术手册”里的分册---《磁性元器件分册》(南航 赵修科 教授),本书深入浅出,要想做开关电源,不得不看!看这一本,胜看其余一大堆开关电源书籍,我不是在做广告,这是我看了一些同类书籍的真实体会!说出来,免得走弯路!







guosr 发表于 2003-6-13 18:22 电源技术 ←返回版面    

这书的确不错

    不过各位千万不要嫌数学推导烦.只有把数学形式弄明白了,才能随心所欲的玩转磁性元件.







VIANN 发表于 2003-6-13 18:32 电源技术 ←返回版面    

RE

这本书我也推荐!!
特别是第五章最精典.








firstman 发表于 2003-6-13 18:38 电源技术 ←返回版面    

多谢各位指路!

多谢各位指路!不过这本书哪里可以买到,是哪个出版社出版的?




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我们除了这点技术还有什么???????






adlsong 发表于 2003-6-15 11:27 电源技术 ←返回版面    

这本书我也有,不过感觉一般.

有些地方叙述不是很有条理.







chendongye 发表于 2003-6-17 12:28 电源技术 ←返回版面    

降低磁芯直流工作点

降低磁芯直流工作点,以免直流电流过在造成CORE 饱和.
CHENDONGYE







yinshisun 发表于 2003-6-26 10:05 电源技术 ←返回版面    

这类问题必须定性加定量分析

1.磁心加气隙后,为保持原电感量,需增加匝数.增加匝数后同样的电流又会增加磁势,磁通密度似乎不会因气隙的加入而有所降低.请注意:电感量与匝数平方成正比,而磁通密度与磁势(IN)成正比.2.加气隙后磁密降低的程度与磁心平均磁路长度对气隙长度比值有关.此处书写数学公式困难,恕不列出.







谢学仲 发表于 2003-6-26 12:57 电源技术 ←返回版面    

关于单端反激式开关电源高频变压器气隙的一点思考


一定的磁芯、频率、占空比、电压就要有一定的匝数,开气隙的目的为了减小电感量.

如果一定要不开气隙的话,我大至测算了一下;一付EE65磁芯在100KHZ时可做100W左右(反激).









pxq7233 发表于 2003-6-26 15:11 电源技术 ←返回版面    

一付Ec42磁芯在100KHZ时可做100W左右,温升<25k

efd20,180kHz,45w反激电源







jcxliu 发表于 2003-6-26 21:14 电源技术 ←返回版面    

必须要有气隙

我同意pxq7233的意见,气隙是用来存储能量的.







yinshisun 发表于 2003-6-27 09:55 电源技术 ←返回版面    

to-谢学仲

单纯为减小电感量,少些匝数即可,为何加气隙?况且随意减小电感量,会使开关管峰值电流增加.







yinshisun 发表于 2003-6-27 15:17 电源技术 ←返回版面    

补充一个公式

只有比较同号磁心,同电感量,同激磁电流条件下两者的磁密大小,才有意义!此时,两者磁密关系为:   b=(Lm/(Lm+u*Lg))^1/2*B,   b为有气隙者的磁密,Lm为磁心的平均磁路长度,u为相对导磁率,Lg为气隙长度.可见,同电感量,同激磁电流条件下有气隙磁路者磁密确实要小!这意味着有气隙的磁心的确不易饱和.







yinshisun 发表于 2003-6-27 16:33 电源技术 ←返回版面    

补充B的定义:B为无气隙磁密







谢学仲 发表于 2003-6-27 17:05 电源技术 ←返回版面    

yinshisun 和firstman 的理解一至了

[单端反激式开关电源高频变压器为减小电感量,少些匝数即可]








527 发表于 2003-6-28 10:47 电源技术 ←返回版面    

有时候不加气隙的效果比加气隙的效果更好!

前不久做了一台逆变器,由于用的驱动是M57962L,驱动200A的IGBT,需要的独立电源较多,买不到现成的开关电源,因此用TOP做了一台,磁心为EE19,输出为四路,调试结果是加气隙后TOP发烫,温升大于50度(没加散热器),不加气隙TOP只有不到8度的温升(也没加散热器),整机用到现在很正常.







atx 发表于 2003-6-29 21:24 电源技术 ←返回版面    

谢兄,请问你是如何测试方式得到此曲线?谢谢!







yinshisun 发表于 2003-6-30 09:46 电源技术 ←返回版面    

和firstman理解不同

我已经证明了在同样磁心、同样激磁电流、有气隙和无气隙两者电感量相同(注意匝数不同)时,有气隙者的确磁密要小!







谢学仲 发表于 2003-6-30 12:09 电源技术 ←返回版面    

回复atx

土方法!自制







atx 发表于 2003-6-30 17:48 电源技术 ←返回版面    

想知道如何制作,谢谢!







wangaijun 发表于 2003-7-1 16:38 电源技术 ←返回版面    

STST

efwafWASSDF

  firstman 发表于 2003-7-2 19:45 电源技术 ←返回版面    

事实胜于雄辩!

呵呵!各位老大们,事实胜于雄辩!通过对我做的产品的不断试验和改进,我承认我当初的提法是错误的!!!!
事实是:当输出功率一定,已经选定了开关管以后(最大承受电流已定),当然工作模式也一定!这时,初级电感量也是一定值,如果采用减少匝数(相应的气隙会比较小)来达到初级电感量的话,也就是初级匝数比较少时,铁芯很容易饱和,此时BM(最大磁通密度)一般来说都比较高,大于1/2的Bsat.相反的,增加初级匝数,增大气隙,这时BM就会比较小,磁芯就不容易饱和!经过反复试验,我认为一般取BM=1.6T的好,因为市面上买到的磁芯不一定就是书上讲的那种,呵呵,我是深受其苦!而且市面上买到的一般无据可查!
末了!我想哀叹一下本人的理论知识的缺乏,虽然现在已经用实践证明了我当初的提法的不正确,却还是不能找到理论上的定性解释!呵呵,不过还好,我不是学电源专业的,不懂就不懂吧,也许以后会想通的!
在此,对参与本讨论的各位高手表示衷心的感谢!是你们在我设计的产品过程中给了我最大的帮助,不管是正面的还是反面的!
:)




签名:


思考让人提高,辩论使人深刻!






xu1021 发表于 2003-7-3 09:49 电源技术 ←返回版面    

我前面不是早就说过了,听不进,就当白说.

每种磁芯都会给出相对磁导率、工作频率、磁感应强度的饱和值等参数.有了这些,还不好办?







wangdong66 发表于 2003-7-4 11:57 电源技术 ←返回版面    

我的测试波形如下:

直流10V
EC35磁心
初级80T
磁心面积100mm^2

有什么不对吗?
怎么跟前面的不一样?
这个曲线有什么意义?

各位指点!