呵呵,首先,大家要抱持怀疑的态度,无论是前辈们已经直接给出过的公式,抑或是我在此处提出的结论,都有可能是错误的,只要你能带着自己的看法和理解,去了解各家的思维,我们就能共同进步 我们来讨论磁芯的AP值与功率的关系,网上有许多的AP公式,大家都拿来直接用就是,在设计过程中,如果发现根据公式选择的磁芯不能满足自己的设计的时候,最直接的方法是,重新选取一个AP值较大的磁芯重新设计,直到符合要求。 其实磁芯的AP值与功率的关系,要推算出来的话,也不复杂。AP值为什么能限制磁芯的输出功率呢,AP值分为两个部分,Ae:磁芯横截面积;Ab:窗口面积,我的理解,它们是这样影响功率输出的: Ae 磁芯横截面积对磁芯输出功率的影响:根据法拉第电磁定律,Np=Vdc*Ton/dB*Ae,可知,如果Ae的面积越小,需要的匝数就越多,窗口面积需求就越大,对于选定的磁芯其窗口面积是有限的,所以必须重新选择窗口面积大的磁芯才能满足功率输出。 Ab磁芯窗口面积对磁芯输出功率的影响:一般我们根据导线允许的电流密度和线圈的有效值电流选取合适的线径,选取的导线的横截面积为Irms/J ,J一般可取450A/cm2,则初级线圈所占的窗口面积为Np*Irms/J,一般情况下初级线圈与次级线圈各占一半的窗口面积,而且只能利用窗口面积的一部分,系数Ku大概为0.4左右,所以Np*Irms/J=Ab*Ku/2,我们发现Np*Irms= Ab*Ku*J/2与Ab成正比,。Irms直接关系到功率输出的值,如果增大功率输出就增大了有效值电流,就必须增加窗口面积Ab,或者减少线圈匝数Np,减少线圈匝数就必须增大磁芯面积Ae(根据关系式Np=Vdc*Ton/dB*Ae),最终都是要增大AP值。
【讨论】讨论一下磁芯的AP值与功率的关系,说不定相差5倍!
先来看看断续模式DCM下情况
输入功率= Po/η=Vin*(Ip/2)*(Ton/T).
上式中Po为输出功率,假设系统的效率为80%,最大占空比在最小输入额定输出的情况下为0.5,Ip为初级峰值电流。现在我们在0.5的占空比下来计算,由上可得 :Pomax= Vinmin*(Ip/2)*(0.5)*0.8
即:Pomax=0.2* Vinmin*Ip (1)
根据法拉第电磁感应定律有:
Vinmin=Np*dB*Ae*10-4/0.5T =2*Np*dB*Ae*f*10-4 (2)
2代入1式可得:
Pomax=0.4*Np*dB*Ae*f* Ip *10-4 (3)
允许线圈电流密度为J (A/cm2),,J一般取450A/cm2
窗口利用系数为Ku,假设初次级各利用窗口面积的一半,
则选取的导线截面积最小为 Irms /J (cm2)。
初级线圈利用的面积为Np* Irms/J=Ab*Ku/2 (cm2) (4)
输入电流为三角波,有效值为
Irms = (Ip/根号3)*根号(Ton/T) = Ip*根号(0.5/3)=0.4*Ip (A) (5)
5代入4式可得,Np* 0.4*Ip /J=Ab*Ku/2 (cm2)所以有:
Np*Ip= Ab*Ku*J/0.8* (6)
代入3式中即得:
Pomax=Ae*Ab*dB*f*Ab*Ku*J*10-4/2
故得DCM模式下磁芯AP值与功率的关系:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J (cm4)
用同样的方法,也可以算的CCM模式下(纹波率dI/Idc=0.2)磁芯AP值跟功率的关系与上式形式相同:
①若为反激式变换DCM模式,则Pomax=f*L*Ip2*/2,dB=Bmax,所以:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ Bmax *f*Ku*J
AP= Ae*Ab= L*Ip2*104/ Bmax*Ku*J
②若为反激式变换CCM模式,若纹波率dI / Idc=0.2,则Ip= Idc+dI/2=5.5dI,此可保证变换器在10%满载载的时候临界连续,则dB=0.18*Bmax,所以
AP= Ae*Ab= 1.8*Pomax*104/ 0.18*Bmax*f*Ku*J
AP= Ae*Ab= 10*Pomax*104/ Bmax*f*Ku*J
即反激CCM模式需用的磁芯AP值可能达到反激DCM的5倍(纹波率dI / Idc=0.2条件下)
③正激式变换CCM/DCM模式, dB=Bmax,所以:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J
④结论,正激DCM/CCM与反激DCM磁芯输出功率相同
不知道有没有错误,如果各位有不同的看法,大家讨论一些哈
没用过,个人感觉这个计算也太麻烦了。
在晚上12点左右电源网是有点卡,可能是在升级吧。
你的思路是正确的,所以我也计算了CCM下AP的公式,最后得出的结果是一样的。
帖中第一部分最后做过说明"用同样的方法,也可以算的CCM模式下磁芯AP值跟功率的关系与上式相同"
设ccm模式下电流阶梯斜波的两个高度为Ip1,Ip2,则 Po/η=Vin*((Ip1+Ip2)/2)*(Ton/T)
这里的电流波形的平均值与DCM不同,有效值电流也不同,如果电流波形纹波率很小的话,可以等效为平顶的方波,但是这样算出来的有效值电流与实际的有效值电流还是有一点区别的。有兴趣你可以验证DCM与CCM表达式是否一样。
公式的输入确实有些麻烦,相片完全看的清楚没问题。 推导中下面的CCM模式中,
如果处于临界的状态 Ip2=0,则 Ipav = P1/2 ,那么算出来的结果与下面DCM中的结果已经不同。看看是哪出了问题 ~
CCM模式 由于变压器中的能量在一个周期内没有全部由初级传递到次级,剩余的 能量为 E= I22L/2 ; 如果 I2 近似等于 I1,那么就没有什么能量输出了 ~
传送的能量是为L(IP12-IP22)/2,剩余的能量是为L*IP22/2,在连续模式中,电流的斜率变小,所以必须增加电感来满足功率的输出。另外由L=V*Ton/dI可知,电感量也的确是需要很大的。
就看你设计的最终指标,假如比较苛刻,需要在10%满载的时候仍然连续,那么电流的斜率就不能比0.2大,最终需要的电感量就要那么多。在满载时传送到负载的能量想对于磁芯储存的能量只是其中一部分。可以计算一下满载的时候:
dI/Ipav=0.2,Ipav=5dI, IP1=Ipav+dI/2=5.5dI,IP2=4.5dI.
传送的能量为L(IP12-IP22)/2=5*L*dI2
剩余的能量为IP22/2=10*L*dI2
上面的意思就是说,电流从4.5dI升到5.5dI,磁芯能传递的能量为储存的三分之一左右。
如果电源要求在50%负载的时候连续,电流的斜率就可以大很多了,
dI/Ipav=0.5,Ipav=2dI, IP1=Ipav+dI/2=3dI,IP2=1dI.
传送的能量为L(IP12-IP22)/2=4*L*dI2
剩余的能量为IP22/2=0.5*L*dI2,只是传送能量的八分之一……
我那里计算电流有效值的方法,只适合CCM模式,而且初级电流偏置很大的情况(dI/Ipav=0.2),所以与dcm模式下的电流表达式是完全不一样的。
好吧,那咱们就拿你这个例子‘假设DCM模式 Ip=1A; L=1mH, 则一个周期内传递的能量为 E=L*IP2/2’来讨论,从你给出的参数可以看出,输出功率为50W,如果不计损耗效率为100%的话,可以得知输入电压为200Vdc。
如果要设计在CCM模式下,那么初级线圈的峰值电流肯定比DCM模式的峰值电流低多了,所以你的假设“假设 Ip1=1A, 则 Ip2=0.82A”是不成立的。其实我们是可以算出来CCM下Ipav=0.5A,若 Ipav=5dI的话,Ip1=0.55A, 则 Ip2=0.45A,需要的电感量是为10mH,又
Ae = Ip*L/(N*Bm)中,N,Bm均不变,Ip是DCM的0.55倍,算出来Ae就是DCM模式的5.5倍了。
另外我们再看Ab有什么变化,DCM中,峰值电流为1A,有效值电流是为0.4A,而CCM模式中,有效值电流约为0.35A,两种模式选用的线径面积接近,所以如果匝数相同的话窗口面积也是基本相同的。
上面的结论,CCM模式AP值是DCM模式AP值的5.5*0.35/0.4=4.8倍
其实我们可以从L=Vin*Ton/dI可知道,电感值与dI成反比的,若DI很小的话是需要很大的电感量,比如上面dI=0.1A,需要的电感量要10mH,要获得这样大的电感量,似乎有困难。
假如输出功率增大10倍,Ipav能达到5A,那么dI=1A,需要的电感量只需1mH了,要获得这个电感量应该没什么难度了。
所以这里还验证了不知道哪位大师说过的“小功率反激电源适合设计在DCM模式,大功率反激电源适合设计为CCM模式”
呵呵,谢谢你回复,可以看出你对这个问题的认真态度。
Ton减小是能减少初级的电感量,如果上面变换器占空比依你的意思,改到0.25,初级的电感量的电感量只需要2.5mH了。等下我看看在0.25占空比的情况下AP值会有什么变化。等下我可以把我的推算写下来让你参考。
算的不错! 也就是说深度CCM模式下的无论怎么设计,AP值都要大很多。改变Dmax只可以减小电感量使磁芯不饱和,但影响不了AP。这个结论也合理,深度CCM模式下变压器中储存的能量只有小部分能传递到次级,变压器理应大几倍。
返回头看公式 AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J 还是只适用于DCM。公式中Ku*J 为常数,在 Pomax 和 f 一定的情况下,AP只和 dB有关。对于DCM来说 dB=Bm,但对CCM来讲,这个dB不得而知,AP也就无从而定 ~