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求助关于磁饱和的问题!

各位大侠好,本人最近在做一个2000W准谐振全桥开关电源,电路简图如下

 

在调试过程中发现一个问题,特请教各位。下图是变压器前级电流波形,(是在变压器原边加了一个互感器,然后在互感器的副边接了一个100欧的电阻,下图的波形就是电阻两端的波形),当输出电流为8A时,前级波形如图1所示,当输出电流加大到25A时,前级波形如图2所示,发现顶端有弯曲上翘迹象,随着电流继续增大,顶端弯曲越明显。询问其他工程师,有的说是输出滤波电感L饱和,有的说是谐振电感Lr饱和,所以小弟想请各位大侠帮忙分析一下,谢谢!!!

 

             图1  输出8A电流时前级电流波形

 

            图2  输出25A电流时前级电流波形

 

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2010-08-16 22:26

我认为是输出滤波电感L饱和了。

理由如下:

正常工作的时候,谐振电感相当于和输出电感L串联的。那么我们知道,输出滤波电感一般比谐振电感Lr大很多,特别是对于降压电路来说,由于匝比的关系,输出滤波电感折射到初级来,更显的大了。

那么,假如是谐振电感饱和了,由于是和次级输出电感串联的,所以呢,电流不会明显增加。因为谐振电感饱和,但次级输出电感不饱和,二者串联起来的电感还是基本不变,那么电流不应该会出现翘的现象。

反过来,假如是输出电感饱和了,那么串联起来的电感就只剩下谐振电感了,由于电感量很小,那么电流就会上升很快,出现翘的现象。

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huas2009
LV.2
3
2010-08-16 22:53
@让你记得我的好
我认为是输出滤波电感L饱和了。理由如下:正常工作的时候,谐振电感相当于和输出电感L串联的。那么我们知道,输出滤波电感一般比谐振电感Lr大很多,特别是对于降压电路来说,由于匝比的关系,输出滤波电感折射到初级来,更显的大了。那么,假如是谐振电感饱和了,由于是和次级输出电感串联的,所以呢,电流不会明显增加。因为谐振电感饱和,但次级输出电感不饱和,二者串联起来的电感还是基本不变,那么电流不应该会出现翘的现象。反过来,假如是输出电感饱和了,那么串联起来的电感就只剩下谐振电感了,由于电感量很小,那么电流就会上升很快,出现翘的现象。

谢谢 我会记得你的好^_^

会不会有其它原因引起这种现象呢

 

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2010-08-16 23:15
@huas2009
谢谢我会记得你的好^_^会不会有其它原因引起这种现象呢 

还有一种就是变压器饱和。

但在此处好像不大可能吧。因为大电流模式下,已经进入了连续模式,占空比就不再变化了,占空比不变化,说明变压器的伏秒积也不变了,那么就不应该出现随这电流增加,电流翘的更厉害的现象的。

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huas2009
LV.2
5
2010-08-17 21:08

控制芯片用的是UC3875,频率设置在40K,而我的谐振电感为90uH,电容用的是2uF,开关管用的是SPW17N80 ,这样的谐振电感和电容是否合适?输出滤波电感为36uH,是否太小?  

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2010-08-18 00:35
@huas2009
控制芯片用的是UC3875,频率设置在40K,而我的谐振电感为90uH,电容用的是2uF,开关管用的是SPW17N80,这样的谐振电感和电容是否合适?输出滤波电感为36uH,是否太小?  
似乎谐振电容太大了。输出滤波电感你要计算的。按照纹波电流是输出电流的20%考虑。
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pavel911
LV.3
7
2011-06-07 15:58
请问楼主问题是怎样解决的,我遇到了同样的问题,而且,我的电流是慢慢翘上去!
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2011-06-08 09:34
@pavel911
请问楼主问题是怎样解决的,我遇到了同样的问题,而且,我的电流是慢慢翘上去!
你的输出滤波电感的磁芯用的是磁粉芯?
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pavel911
LV.3
9
2011-06-09 10:08
@让你记得我的好
你的输出滤波电感的磁芯用的是磁粉芯?
我副边的输出滤波电感用的是CH 270125,是一个HIGH FLUX的磁环,我副边走50A电流的时候就会出现原边电流上翘的现象。
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2011-06-09 16:08
@pavel911
我副边的输出滤波电感用的是CH270125,是一个HIGHFLUX的磁环,我副边走50A电流的时候就会出现原边电流上翘的现象。
磁粉芯的特性就是磁导率随磁场强度变化。磁场强度增加则磁导率下降,那么电感系数下降,电感量下降。这就意味着次级的电感电流波形是非线性变化的,那么折射到初级也会表现为非线性的变化。
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pavel911
LV.3
11
2011-06-09 18:31
@让你记得我的好
磁粉芯的特性就是磁导率随磁场强度变化。磁场强度增加则磁导率下降,那么电感系数下降,电感量下降。这就意味着次级的电感电流波形是非线性变化的,那么折射到初级也会表现为非线性的变化。
我现在滤波电感换了一个比较大的铁硅铝的磁环,但还是会有那现象,我怀疑是主变压器饱和了,怎么办啊
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2011-06-09 18:47
@pavel911
我现在滤波电感换了一个比较大的铁硅铝的磁环,但还是会有那现象,我怀疑是主变压器饱和了,怎么办啊

主变是否饱和,计算一下就知道了。

铁硅铝磁环的磁导率也会随磁场强度增加而下降。也会有同样的现象的。

铁硅铝、高磁通、铁镍钼都会有这种现象。

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pavel911
LV.3
13
2011-06-09 19:14
@让你记得我的好
主变是否饱和,计算一下就知道了。铁硅铝磁环的磁导率也会随磁场强度增加而下降。也会有同样的现象的。铁硅铝、高磁通、铁镍钼都会有这种现象。
我计算了我的工作磁密是0.17T,我用的主变压器是PQ40/40,材质是PC44,最高工作磁密是0.51T。
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2011-06-09 19:45
@pavel911
我计算了我的工作磁密是0.17T,我用的主变压器是PQ40/40,材质是PC44,最高工作磁密是0.51T。

谐振电感器真的很重要,一般选择地磁导率、低损耗的金属合金磁粉心;

输出滤波电感器选用金属磁粉心电感器要比铁氧体的更保险。按道理你选用的是HIHG FLUX磁芯 这种磁芯直流叠加特性非常好,极不易饱和,但是选用的体积可能有点小了。

因此我现在怀疑你的谐振电感器材料选择有问题,请问这几个感性器件那个热的比较厉害?如果某个感性器件带载工作很热,那你要仔细核算一下了。

软开关谐振电路容易出问题,我们王总已经帮好多单位解决了实际问题,可以相互交流一下。

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pavel911
LV.3
15
2011-06-09 19:52
@ENergy-point-core
谐振电感器真的很重要,一般选择地磁导率、低损耗的金属合金磁粉心;输出滤波电感器选用金属磁粉心电感器要比铁氧体的更保险。按道理你选用的是HIHGFLUX磁芯这种磁芯直流叠加特性非常好,极不易饱和,但是选用的体积可能有点小了。因此我现在怀疑你的谐振电感器材料选择有问题,请问这几个感性器件那个热的比较厉害?如果某个感性器件带载工作很热,那你要仔细核算一下了。软开关谐振电路容易出问题,我们王总已经帮好多单位解决了实际问题,可以相互交流一下。
我现在移相全桥的谐振电感和副边的滤波电感都用到的铁硅铝的,温度都不高,只有40多度。变压器有六十多度,变压器是PC44的磁芯,铁氧体的。真的不知道问题出在哪里了……
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2011-06-11 23:27
@pavel911
我现在移相全桥的谐振电感和副边的滤波电感都用到的铁硅铝的,温度都不高,只有40多度。变压器有六十多度,变压器是PC44的磁芯,铁氧体的。真的不知道问题出在哪里了……

如果你的计算没有错。那么主变压器是没有饱和。电流斜率发生变化,是电感磁芯材质的特性造成的。

你可以尝试用带气隙的铁氧体磁芯设计一个滤波电感上去试试,看电流斜率是否还变化。

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pavel911
LV.3
17
2011-06-11 23:29
@让你记得我的好
如果你的计算没有错。那么主变压器是没有饱和。电流斜率发生变化,是电感磁芯材质的特性造成的。你可以尝试用带气隙的铁氧体磁芯设计一个滤波电感上去试试,看电流斜率是否还变化。

我现在怀疑我的计算有问题。

现在发现了两个计算公式一个是:Bmax=U/4.44*f*N*Ae

另外一个是Bmax=L*Ip/N*Ae.

我计算主变压器和后期输出滤波电感该用哪个公式呢,求解释!

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2011-06-11 23:52
@pavel911
我现在怀疑我的计算有问题。现在发现了两个计算公式一个是:Bmax=U/4.44*f*N*Ae另外一个是Bmax=L*Ip/N*Ae.我计算主变压器和后期输出滤波电感该用哪个公式呢,求解释!

计算变压器用上面的,计算电感用下面的。

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pavel911
LV.3
19
2011-06-12 00:45
@让你记得我的好
计算变压器用上面的,计算电感用下面的。
计算变压器的那个是不是U要乘以占空比,U应该是变压器原边的的电压,对吧?我现在计算的我的Bmax=U*D/4.44*f*N*Ae=240V*0.8/4.44*50k*14*201mm^2=0.32T,我用的PC44材质的变压器,其BS=0.51T.变压器会饱和吗?如果按这个公式计算,变压器的饱和与否至于输入电压有关了,不应该与负载电流有关了?我负载电流增大时才会有饱和现象,那是不是应该是滤波电感饱和了?但是我计算的滤波电感的Bmax=L*Ip/N*Ae=3uH*90A/4*200mm^2=0.33T,远小于我用的铁硅铝的饱和磁密1.05T,也不应该饱和啊!我哪里推断有错吗?麻烦您指正!
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2011-06-12 11:10
@pavel911
计算变压器的那个是不是U要乘以占空比,U应该是变压器原边的的电压,对吧?我现在计算的我的Bmax=U*D/4.44*f*N*Ae=240V*0.8/4.44*50k*14*201mm^2=0.32T,我用的PC44材质的变压器,其BS=0.51T.变压器会饱和吗?如果按这个公式计算,变压器的饱和与否至于输入电压有关了,不应该与负载电流有关了?我负载电流增大时才会有饱和现象,那是不是应该是滤波电感饱和了?但是我计算的滤波电感的Bmax=L*Ip/N*Ae=3uH*90A/4*200mm^2=0.33T,远小于我用的铁硅铝的饱和磁密1.05T,也不应该饱和啊!我哪里推断有错吗?麻烦您指正!

的确,变压器的计算应该按照伏秒积来计算。因为变压器的初级绕组电流分为两部分,一部分是励磁电流,一部分是传输到次级能量的电流。传输到次级能量的电流和次级输出电流的磁场抵消。所以,如果你要用LI=NBAe来计算变压器的饱和情况,那么I必须用励磁电流,而不能用初级电流。而励磁电流是无法直观的得到的。所以,我们通常不用这个公式,而采用通过伏秒积来计算。其实内在含义是一样的。

从你的计算来看,变压器是没有饱和。但是对于大功率的变压器,我们一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因为要保证磁芯不会饱和,因为磁芯还有剩磁的。另一方面,要考虑磁芯损耗。

还有,还是要注意我说的话,电流斜率变化,不代表一定就是饱和。有些磁芯的材质特性就是如此。

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pavel911
LV.3
21
2011-06-12 18:54
@让你记得我的好
的确,变压器的计算应该按照伏秒积来计算。因为变压器的初级绕组电流分为两部分,一部分是励磁电流,一部分是传输到次级能量的电流。传输到次级能量的电流和次级输出电流的磁场抵消。所以,如果你要用LI=NBAe来计算变压器的饱和情况,那么I必须用励磁电流,而不能用初级电流。而励磁电流是无法直观的得到的。所以,我们通常不用这个公式,而采用通过伏秒积来计算。其实内在含义是一样的。从你的计算来看,变压器是没有饱和。但是对于大功率的变压器,我们一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因为要保证磁芯不会饱和,因为磁芯还有剩磁的。另一方面,要考虑磁芯损耗。还有,还是要注意我说的话,电流斜率变化,不代表一定就是饱和。有些磁芯的材质特性就是如此。

您真好啊!好感激您!

我之前在满压做的实验,输入电压为360V,在负载70A时就开始出现之前的类似的饱和现象。我今天刚做了实验,把输入电压降低了,去输入电压200V,结果在满载90A时没有发生之前类似饱和的现象。这个现象是不是说明饱和的是变压器了?怎么好像饱和现象和输入功率有关呢?

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yuyan
LV.9
22
2011-06-12 19:28
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在满压做的实验,输入电压为360V,在负载70A时就开始出现之前的类似的饱和现象。我今天刚做了实验,把输入电压降低了,去输入电压200V,结果在满载90A时没有发生之前类似饱和的现象。这个现象是不是说明饱和的是变压器了?怎么好像饱和现象和输入功率有关呢?
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2011-06-12 22:30
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在满压做的实验,输入电压为360V,在负载70A时就开始出现之前的类似的饱和现象。我今天刚做了实验,把输入电压降低了,去输入电压200V,结果在满载90A时没有发生之前类似饱和的现象。这个现象是不是说明饱和的是变压器了?怎么好像饱和现象和输入功率有关呢?

按说不应该的。因为只要你输出电压是一样的,那么输入电压变化,不会改变初级的伏秒积。

我的意思是说,200V输入的时候,占空比会比360V的时候大,大多少呢?大1.8倍。那么,虽然输入电压低了,但是占空比大了,二者相乘,结果不变。

除非90A输出的时候,你的输出电压是比70A的时候低。

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2011-06-12 22:32
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在满压做的实验,输入电压为360V,在负载70A时就开始出现之前的类似的饱和现象。我今天刚做了实验,把输入电压降低了,去输入电压200V,结果在满载90A时没有发生之前类似饱和的现象。这个现象是不是说明饱和的是变压器了?怎么好像饱和现象和输入功率有关呢?

另外,你检查过初级谐振电感的设计吗?

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pavel911
LV.3
25
2011-06-12 23:55
@让你记得我的好
按说不应该的。因为只要你输出电压是一样的,那么输入电压变化,不会改变初级的伏秒积。我的意思是说,200V输入的时候,占空比会比360V的时候大,大多少呢?大1.8倍。那么,虽然输入电压低了,但是占空比大了,二者相乘,结果不变。除非90A输出的时候,你的输出电压是比70A的时候低。

对了,忘了告诉您了,我现在做的是开环实验,固定占空比,输出电压随着输入电压变化。这样是不是说明是伏秒积变了,主变压器饱和了?谐振电感应该是交流工作的,而且电流较小,Bs有好多裕量,温度也不高,应该不会饱和。

还有一个问题,下图中2通道是我变压器原边的电压。

我计算公式中的占空比是不是应该取0.4,不应该取0.8啊,正半周的时候变压器积累伏秒积,负半周期变压器的伏秒积是下降的。

 

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LV.1
26
2011-06-13 09:17
@让你记得我的好
的确,变压器的计算应该按照伏秒积来计算。因为变压器的初级绕组电流分为两部分,一部分是励磁电流,一部分是传输到次级能量的电流。传输到次级能量的电流和次级输出电流的磁场抵消。所以,如果你要用LI=NBAe来计算变压器的饱和情况,那么I必须用励磁电流,而不能用初级电流。而励磁电流是无法直观的得到的。所以,我们通常不用这个公式,而采用通过伏秒积来计算。其实内在含义是一样的。从你的计算来看,变压器是没有饱和。但是对于大功率的变压器,我们一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因为要保证磁芯不会饱和,因为磁芯还有剩磁的。另一方面,要考虑磁芯损耗。还有,还是要注意我说的话,电流斜率变化,不代表一定就是饱和。有些磁芯的材质特性就是如此。

好版,谢谢你。。

你无意间指正了一下我。。

LI=NBAe,原来这个I只是激励电流,我以前以为是原边总电流呢?

这个应该是对于正激类的吧?

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2011-06-13 10:13
@
好版,谢谢你。。你无意间指正了一下我。。[图片]LI=NBAe,原来这个I只是激励电流,我以前以为是原边总电流呢?这个应该是对于正激类的吧?
对于反激类的成立,对于正激也是L必须是激磁电感,I是激磁电流时才成立。
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2011-06-13 10:17
@pavel911
对了,忘了告诉您了,我现在做的是开环实验,固定占空比,输出电压随着输入电压变化。这样是不是说明是伏秒积变了,主变压器饱和了?谐振电感应该是交流工作的,而且电流较小,Bs有好多裕量,温度也不高,应该不会饱和。还有一个问题,下图中2通道是我变压器原边的电压。我计算公式中的占空比是不是应该取0.4,不应该取0.8啊,正半周的时候变压器积累伏秒积,负半周期变压器的伏秒积是下降的。[图片] 

这样吧,你自己用电磁感应定率推导一下你的公式,这样你就明白了。这个很重要。你可以在推导过程中明白伏秒积的含义。知道双端类变压器和单端类变压器的区别。知道双向激磁和单向激磁的区别。等等。

总之,要想成为一个合格的电源工程师,这个推导是必经之路!最最关键的是,这个推导过程很简单,一点不难。

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LV.1
29
2011-06-13 13:33
@让你记得我的好
对于反激类的成立,对于正激也是L必须是激磁电感,I是激磁电流时才成立。

呵呵。。

谢谢

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pavel911
LV.3
30
2011-06-13 14:00
@让你记得我的好
这样吧,你自己用电磁感应定率推导一下你的公式,这样你就明白了。这个很重要。你可以在推导过程中明白伏秒积的含义。知道双端类变压器和单端类变压器的区别。知道双向激磁和单向激磁的区别。等等。总之,要想成为一个合格的电源工程师,这个推导是必经之路!最最关键的是,这个推导过程很简单,一点不难。

恩,我按您指导,推导过了!D确实应该取0.4。而且是方波电压,分母应取4而不是4.44。这样算的B=0.175T。按理说这个工作磁密还算安全,老师说我的磁芯有问题,让我提高频率做一下。不行就换磁芯。您有什么要指正的吗?

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2011-06-13 14:37
@pavel911
恩,我按您指导,推导过了!D确实应该取0.4。而且是方波电压,分母应取4而不是4.44。这样算的B=0.175T。按理说这个工作磁密还算安全,老师说我的磁芯有问题,让我提高频率做一下。不行就换磁芯。您有什么要指正的吗?

可以把你的推导过程写出来吗?

另外,问你一个问题,为什么有的公式里会有4.44这个数字呢?

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