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【讨论】单端反激,为什么用最小输入电压来计算初级绕组匝数?

单端反激,为什么用最小输入电压来计算初级绕组匝数?请从饱和磁通密度和效率角度分析。

如果方便的话,请用一些公式推导,ok?

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cheng111
LV.11
2
2011-03-10 14:03
如果使用最大的电压来设计,当输入电压减小时,输入电流增大,此时变压器就会饱和。
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2011-03-10 14:22

变压器应该是最恶劣的条件下要能够正常工作。

这就要保证在峰值电流下磁芯也不能够饱和,所以选Vin(min)。

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tanny1987
LV.3
4
2011-03-10 14:38
@cheng111
如果使用最大的电压来设计,当输入电压减小时,输入电流增大,此时变压器就会饱和。

谢谢,可不可以用公式来证明!

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cheng111
LV.11
5
2011-03-10 22:18
@tanny1987
谢谢,可不可以用公式来证明!
可以,你可以将设计好的电源来推测。比如本来设计为9V~18V输入的电源,记录变压器的参数,可以推出磁通密度B的变化量;下一步再假设输入电压为6V时还能正常工作,再次求出磁通密度的变化量就可以看出来了。
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leifalin
LV.5
6
2011-03-11 04:58
这么说吧,可能比较容易懂:假如一个电磁铁(频率一定)要达到一定的吸力(磁感应强度),在低压时就需要大一点的电流,高压时的电流比低压时小,如果你设定了电压使用范围,那么你当然就得以那个低压为标准来计算线圈的匝数。至于公式,书上有的。
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2011-03-11 11:57
@leifalin
这么说吧,可能比较容易懂:假如一个电磁铁(频率一定)要达到一定的吸力(磁感应强度),在低压时就需要大一点的电流,高压时的电流比低压时小,如果你设定了电压使用范围,那么你当然就得以那个低压为标准来计算线圈的匝数。至于公式,书上有的。

学习了!不过频率一定时,对外电路电流输入而言应该是高压时的平均电流小一些,低压时的平均电流大一些。

 

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hlp330
LV.9
8
2011-03-11 12:10
@zhijian1024
学习了!不过频率一定时,对外电路电流输入而言应该是高压时的平均电流小一些,低压时的平均电流大一些。 

记得精通开关开源设计里面有提到过

对于电感的设计。BUCK要以最高电压来设计

对于BOOST要以最低电压来设计。

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2011-03-11 15:04

由deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae)可知,在Lp,Np与Ae都不变的情况下,deltB与Ipk成正比

而电压越低,峰值电流Ipk就越大,也就是deltB越大,当达到一定的程度之后,磁感应强度就达到饱和点了

所以,在设计反激变压器的初级匝数时,要以最低电压来计算

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tanny1987
LV.3
10
2011-03-11 18:28
@心中有冰
由deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae)可知,在Lp,Np与Ae都不变的情况下,deltB与Ipk成正比而电压越低,峰值电流Ipk就越大,也就是deltB越大,当达到一定的程度之后,磁感应强度就达到饱和点了所以,在设计反激变压器的初级匝数时,要以最低电压来计算

恩,我是这样推导:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V输入时,D = 0.6的话,那么240V输入时,D > 0.3;故我得出的结论是,在高电压输入时,磁芯更容易饱和。不知道我的想法是不是对的?

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tanny1987
LV.3
11
2011-03-11 18:31
@高等数学
变压器应该是最恶劣的条件下要能够正常工作。这就要保证在峰值电流下磁芯也不能够饱和,所以选Vin(min)。

嗯,你说得对!这个我只能当作定理了,但是让我一下子搞懂为什么,还有点困难!

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tanny1987
LV.3
12
2011-03-11 18:33
@cheng111
可以,你可以将设计好的电源来推测。比如本来设计为9V~18V输入的电源,记录变压器的参数,可以推出磁通密度B的变化量;下一步再假设输入电压为6V时还能正常工作,再次求出磁通密度的变化量就可以看出来了。

嗯,谢谢你耐心的解答!

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2011-03-11 18:35
@tanny1987
恩,我是这样推导:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V输入时,D=0.6的话,那么240V输入时,D>0.3;故我得出的结论是,在高电压输入时,磁芯更容易饱和。不知道我的想法是不是对的?
变压器的伏秒值是恒定的呀!
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luobiao168
LV.6
14
2011-03-11 18:36
@tanny1987
恩,我是这样推导:deltB=Uin*DTs/(Np*Ae),假如是120V输入时,D=0.6的话,那么240V输入时,D>0.3;故我得出的结论是,在高电压输入时,磁芯更容易饱和。不知道我的想法是不是对的?

8楼所说的是不是相当于看电感的工作方式。在反激的情况下。用最小电压。正激的情况下用最大电压。

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tanny1987
LV.3
15
2011-03-11 18:53
@心中有冰
变压器的伏秒值是恒定的呀!
好,根据Li=NBS,则deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么说明低压时,峰值电流大于高压时的电流。
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高等数学
LV.10
16
2011-03-11 18:56
@luobiao168
8楼所说的是不是相当于看电感的工作方式。在反激的情况下。用最小电压。正激的情况下用最大电压。

看电感在最恶劣的电压下你能否正常工作。

正激的话,变压器按最小电压来设计,电感按最大电压来设计。

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2011-03-11 19:23
@tanny1987
好,根据Li=NBS,则deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么说明低压时,峰值电流大于高压时的电流。

回家多看看书,基础的东西可不能忘记哟

提示下:Ipk=2Pin/Vdc+2Pin/Vor

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2011-03-11 19:24
@高等数学
看电感在最恶劣的电压下你能否正常工作。正激的话,变压器按最小电压来设计,电感按最大电压来设计。

是的,正激的电感是要保证在最高输入电压,最小占空比时电感电流要连续

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tanny1987
LV.3
19
2011-03-12 08:35
@心中有冰
[图片]回家多看看书,基础的东西可不能忘记哟提示下:Ipk=2Pin/Vdc+2Pin/Vor
要的!
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tornadojie
LV.5
20
2011-03-12 11:08
@心中有冰
是的,正激的电感是要保证在最高输入电压,最小占空比时电感电流要连续

电感的瞬时电流和磁中心的磁场强度成正比,当电感电流达到最大电流时,磁场强度也达到最大,如果磁场强度达到一定的安全值(这个值由磁芯材料决定),电感就会饱和,电感量就会下降,会有很大的电流通过开关管而损坏开关管。电感峰值电流在输入电压最小的时候会达到最大,所以计算的时候是以最小输入电压作为最恶劣的工作条件。

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EeTsang
LV.5
21
2011-03-12 13:03
参看《精通开关电源设计》马。。已经分析过。反激等效为buck-boost 而buck-boost在最小输入时,工作最恶劣状态、
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陈玉鸣
LV.2
22
2011-03-12 16:00
我们知道,Vin大对应D小,Vin小对意味着D大,单端反激flyback可以看作一个buck-boost拓扑电路,对于buck-boost拓扑,电流纹波=Vin*D*f/L,所以D大则电流纹波也大从而对应的Vin小,我们当然是考虑在最坏的情况下来设计电路参数的
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jialiangleo
LV.3
23
2011-03-12 19:11
@陈玉鸣
我们知道,Vin大对应D小,Vin小对意味着D大,单端反激flyback可以看作一个buck-boost拓扑电路,对于buck-boost拓扑,电流纹波=Vin*D*f/L,所以D大则电流纹波也大从而对应的Vin小,我们当然是考虑在最坏的情况下来设计电路参数的

对的

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zhao_zhao
LV.2
24
2011-03-12 20:21
@jialiangleo
对的

可以这样理解:对于反激电路,当输出电压和匝比确定后,其开通占空比确定,在低压情况下,占空比最大。其次,当变压器的匝数,电感量和Ae值确定后,其允许的最大初级峰值电流也确定,当输出功率固定的情况,在输入电压低的时候,输入电流自然就大,初级峰值电流也大。基于以上两点,通常设计为了留余量,都选择最恶劣条件设计,也就是常说的选最低输入电压。当然还要看芯片的控制方式。BOOST类似,而BUCK电路由于确定的输出功率,其输出电流确定,而峰值电流为输出电流除以关断占空比,而在高压输入情况下,开通占空比最小,所以峰值电流最大,因此,在输入高压情况下最恶劣。

手都打酸了,要知道更详细,就看书吧!

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eqver
LV.4
25
2011-03-13 08:30
@tanny1987
好,根据Li=NBS,则deltB=Lp*Ipk/(Np*Ae),那怎么说明低压时,峰值电流大于高压时的电流。

      对于反激变压器来说,决定变压器是否饱和的值并不是deltB,而是Bmax值,原因是反激变压器在连续模式下,并不会沿磁滞曲线回到原点。

所以一切用deltB来推导的,都是错误的。

 

有图,有真相;阴影部分为变压器运行时的磁运行路径,所以决定磁饱和的不是deltB,而是Bmax。

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bode
LV.9
26
2011-03-13 15:21
@心中有冰
是的,正激的电感是要保证在最高输入电压,最小占空比时电感电流要连续

冰版前面有句话说错了:变压器伏秒积恒定。

对CCM模式的反激来说:变压器伏秒积守恒,但并不恒定。

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hlp330
LV.9
27
2011-03-13 17:10
@bode
冰版前面有句话说错了:变压器伏秒积恒定。对CCM模式的反激来说:变压器伏秒积守恒,但并不恒定。

这个不恒定指的是由于负载的变化?

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zhijian1024
LV.6
28
2011-03-13 17:25
@zhao_zhao
可以这样理解:对于反激电路,当输出电压和匝比确定后,其开通占空比确定,在低压情况下,占空比最大。其次,当变压器的匝数,电感量和Ae值确定后,其允许的最大初级峰值电流也确定,当输出功率固定的情况,在输入电压低的时候,输入电流自然就大,初级峰值电流也大。基于以上两点,通常设计为了留余量,都选择最恶劣条件设计,也就是常说的选最低输入电压。当然还要看芯片的控制方式。BOOST类似,而BUCK电路由于确定的输出功率,其输出电流确定,而峰值电流为输出电流除以关断占空比,而在高压输入情况下,开通占空比最小,所以峰值电流最大,因此,在输入高压情况下最恶劣。手都打酸了,要知道更详细,就看书吧!

为什么开关变压器在低于额定电压的低压下工作容易饱和?而且变换器在低压下向次级传递的能量比正常工作时还要小一些?

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zhijian1024
LV.6
29
2011-03-13 18:38
@hlp330
这个不恒定指的是由于负载的变化?
这个不恒定应该是指变换器中有连续的电流吧,变换器中能量没有完全向次级传递,不同电压下,平衡点不一样。而CCM之外的两种方式是能量完全传递的。
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2011-03-13 19:29
@bode
冰版前面有句话说错了:变压器伏秒积恒定。对CCM模式的反激来说:变压器伏秒积守恒,但并不恒定。

是的,我的那个说法确实不严谨,是因为用词不当!

但我的意思就是说变压器的变压器的初次级伏秒值是相同的,也就是你说的守恒。

看来我要好好学习语文才行,省得被抓小辫子

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2011-03-13 22:55
@zhijian1024
为什么开关变压器在低于额定电压的低压下工作容易饱和?而且变换器在低压下向次级传递的能量比正常工作时还要小一些?

在张占松老师的<<开关电源设计>>中也提到到这个问题,并且在梁适安的《开关电源实务设计》中也提到过这个问题。也如同前面有朋友也说到设计反激变压器应该是在最恶劣的情况下。也就是理论上设计的最恶劣情况是最高输入电压同时也是最大负载输出下。在以上都满足的情况下设计的变压器理论上是满足的。但是在这种情况下的设计的变压器效率很低。所以这也是造成了反激变压器在设计中要多次调整。并且也同时也牵扯到变压器会工作在2种或者3种模式下。所以建议朋友可以看看这上面提到的两本书。可以看到答案。

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