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正激电源的一些参数选择

在DC-DC通信领域里,目前正激有源钳位占了大半江山,特别是国内的模块电源厂家,其中使用控制芯片比较的多的是国半的LM5025\NCP1562,目前这两个芯片我都有成熟的设计案例,NCP1562按推荐的电路调试是很难达到模块的电源的设计要求,主要是电压环路的设计上有不少问题。

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lishaobin
LV.4
2
2012-11-08 16:01

今天就想说说对在正激设计中,变压器一些不定参数的选择,如变压的△B和Bmax的选择、占空比的选择、因为已有太多的初学者问过同样的问题了,希望能初学电源的革命同志有点帮助。

        首先我们要正确理解正激变压的特点,正激变压的工作模式是,变压器一边导通一边传递能量,可以把它理解成隔离的BUCK,其实正激才是真正的变压器,它不存储能量,只是把能量向副边传递,所以正激变压器不需要开气隙,而反激变压相当于一个隔离电感,先存储能量在传递能量,磁芯的特性是低磁阻的,无法存储能量,所以反激变压器需要开气隙来存储能量,好不要扯远了,这里这是描述一下正激变压器工作的特点。

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lishaobin
LV.4
3
2012-11-08 16:02
@lishaobin
今天就想说说对在正激设计中,变压器一些不定参数的选择,如变压的△B和Bmax的选择、占空比的选择、因为已有太多的初学者问过同样的问题了,希望能初学电源的革命同志有点帮助。       首先我们要正确理解正激变压的特点,正激变压的工作模式是,变压器一边导通一边传递能量,可以把它理解成隔离的BUCK,其实正激才是真正的变压器,它不存储能量,只是把能量向副边传递,所以正激变压器不需要开气隙,而反激变压相当于一个隔离电感,先存储能量在传递能量,磁芯的特性是低磁阻的,无法存储能量,所以反激变压器需要开气隙来存储能量,好不要扯远了,这里这是描述一下正激变压器工作的特点。
任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁,正激变压器集成产生的能量不能传递到副边,反激可以,所以正激电路必须要加去磁电路,按照去磁的方式,我们将正激分成了三绕组去磁正激、谐振正激、和有源钳位正激,三绕组正激的工作在第一象限、而谐振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限,这些都老生常谈的话题了,在各种开关电源书籍中都有非常 多的描述,推荐初学者读一下张兴柱博士的《开关电源功率变换器拓扑与设计》归纳性很强的。
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lishaobin
LV.4
4
2012-11-08 16:03
@lishaobin
任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁,正激变压器集成产生的能量不能传递到副边,反激可以,所以正激电路必须要加去磁电路,按照去磁的方式,我们将正激分成了三绕组去磁正激、谐振正激、和有源钳位正激,三绕组正激的工作在第一象限、而谐振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限,这些都老生常谈的话题了,在各种开关电源书籍中都有非常 多的描述,推荐初学者读一下张兴柱博士的《开关电源功率变换器拓扑与设计》归纳性很强的。
由于正激变压器中B值的变化不会随着输出电流的改变而改变,也不会随着输入电压的改变而改变,设计成多少,它就是多少,所以磁饱和的问题是很容易控制住的。在一些教材和沦文里提到了一个0.1和0.3的取值问题,很多人问我到底取0.1好,还是0.3好呢?首先我们看看为什么可以取到0.3,我们来看看磁芯材质的特性,DC-DC的模块电源用过的材质有金川的RM2.3K、越峰的P47、天通的TPW33A、TDK的PC95、主要是高频特性好。因为不能贴图,希望有兴趣的可以找资料看看。这几种差不多都是都是在100℃ B值在0.4左右就完全饱和了,
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lishaobin
LV.4
5
2012-11-08 16:04
@lishaobin
由于正激变压器中B值的变化不会随着输出电流的改变而改变,也不会随着输入电压的改变而改变,设计成多少,它就是多少,所以磁饱和的问题是很容易控制住的。在一些教材和沦文里提到了一个0.1和0.3的取值问题,很多人问我到底取0.1好,还是0.3好呢?首先我们看看为什么可以取到0.3,我们来看看磁芯材质的特性,DC-DC的模块电源用过的材质有金川的RM2.3K、越峰的P47、天通的TPW33A、TDK的PC95、主要是高频特性好。因为不能贴图,希望有兴趣的可以找资料看看。这几种差不多都是都是在100℃B值在0.4左右就完全饱和了,
有兴趣的可以来这里看博文:http://blog.dianyuan.com/article/523286
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lishaobin
LV.4
6
2012-11-08 16:05
@lishaobin
有兴趣的可以来这里看博文:http://blog.dianyuan.com/article/523286
我们设计的时候可不能让它到磁饱和,太危险了。得把余量考虑进去,这个余量怎么把控呢?磁滞回线的变化是从线性区到非线性区,再到饱和。其实我们最好不让它跑到线性区,因为这样虽然不会一定损坏,但是比较危险了,而且在非线性区的励磁电感量急剧变小,MOS管理的峰值电流也是急剧变化的容易失控。
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lishaobin
LV.4
7
2012-11-08 16:08
@lishaobin
有兴趣的可以来这里看博文:http://blog.dianyuan.com/article/523286

不对的地方请大家指正,谢谢!

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lishaobin
LV.4
8
2012-11-08 16:22
@lishaobin
我们设计的时候可不能让它到磁饱和,太危险了。得把余量考虑进去,这个余量怎么把控呢?磁滞回线的变化是从线性区到非线性区,再到饱和。其实我们最好不让它跑到线性区,因为这样虽然不会一定损坏,但是比较危险了,而且在非线性区的励磁电感量急剧变小,MOS管理的峰值电流也是急剧变化的容易失控。
 所以我们的B值的最大取点应该是线性工作区和非线性工作区的交接点,可以从厂家提供的手册中图形中查到。不同的磁芯不一样,我们不能过渡的去依赖别人提供的检验值。
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2012-11-08 21:46
过来学习学习
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lishaobin
LV.4
10
2012-11-09 08:54
@lishaobin
我们设计的时候可不能让它到磁饱和,太危险了。得把余量考虑进去,这个余量怎么把控呢?磁滞回线的变化是从线性区到非线性区,再到饱和。其实我们最好不让它跑到线性区,因为这样虽然不会一定损坏,但是比较危险了,而且在非线性区的励磁电感量急剧变小,MOS管理的峰值电流也是急剧变化的容易失控。
B值选取是计算的一个步骤,在对变压器/电感进行匝数取整等动作后,B值已比原来设想的值有一些偏移,所以我们对设计B值进行折算,再次确认没有达到饱和条件,在实际的电路调试中最好还需要进行再次测试确认,B值的验证测试非常复杂,我们可以借助于它和电流或电感量的关系来进行验证;
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lishaobin
LV.4
11
2012-11-09 08:55
@lishaobin
B值选取是计算的一个步骤,在对变压器/电感进行匝数取整等动作后,B值已比原来设想的值有一些偏移,所以我们对设计B值进行折算,再次确认没有达到饱和条件,在实际的电路调试中最好还需要进行再次测试确认,B值的验证测试非常复杂,我们可以借助于它和电流或电感量的关系来进行验证;
测试方法一:直接使用示波器的电流探头检测从互感器整流后的电压波形,或使用电流探头检测变压器原边电力的波形,将负载调节到最大负载或满载条件,环境温度设置为高温条件,直到电源的过温保护,过温保护前保证原边如果出现上升斜率的暴增,说明变压器已进入的前饱和状态,我们需要继续调整一下变压器或电感的参数,主要是电感的参数;
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asouth
LV.8
12
2012-11-09 10:00
@lishaobin
不对的地方请大家指正,谢谢!
好好学习下!最好能贴个实际的例子,把整个计算过程贴上就更好了!
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lishaobin
LV.4
13
2012-11-09 10:04
@asouth
好好学习下!最好能贴个实际的例子,把整个计算过程贴上就更好了![图片]

计算的东西书上讲的太多了,但是都很林散,我习惯用MACHCAD编写计算模型。本帖只讲几个不定参数的选取。

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2012-11-09 10:44
@fly
过来学习学习
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power006
LV.5
15
2012-11-09 16:21
@lishaobin
不对的地方请大家指正,谢谢!

正激变压器可以适当加点气隙,减小剩磁,增大磁通密度可用范围。  

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lishaobin
LV.4
16
2012-11-09 16:56
@power006
正激变压器可以适当加点气隙,减小剩磁,增大磁通密度可用范围。  
没错,这个指的三绕组去磁的拓扑,在谐振去磁和有源去磁中是不需要的,当然有些在有源去磁中为实现零电压开通,通过增加变压器气隙来增加原边励磁电流。
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asouth
LV.8
17
2012-11-10 09:23
@lishaobin
没错,这个指的三绕组去磁的拓扑,在谐振去磁和有源去磁中是不需要的,当然有些在有源去磁中为实现零电压开通,通过增加变压器气隙来增加原边励磁电流。
输入AC160-270输出27V  14A正激三绕组去磁做,变压器参数如何?
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lishaobin
LV.4
18
2012-11-12 08:50
@asouth
输入AC160-270输出27V 14A正激三绕组去磁做,变压器参数如何?
详细的变压器设计可以去看一下心中有冰的《说说正激变压器》。
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lishaobin
LV.4
19
2012-11-12 09:17
@lishaobin
测试方法一:直接使用示波器的电流探头检测从互感器整流后的电压波形,或使用电流探头检测变压器原边电力的波形,将负载调节到最大负载或满载条件,环境温度设置为高温条件,直到电源的过温保护,过温保护前保证原边如果出现上升斜率的暴增,说明变压器已进入的前饱和状态,我们需要继续调整一下变压器或电感的参数,主要是电感的参数;
测试方法二;使用带直流偏置源的电桥来测试,不用上电直接把设计好的变压器或电感装置在设备上,计算出电源的峰值电流,将直流偏置源的最大电流设置超过峰值电流值,测试后读取仪表上的电感量,如果电感量在到达峰值电路值的时候出现明显下降,说明已磁已开始进入前饱和区;
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lishaobin
LV.4
20
2012-11-12 09:19
@lishaobin
测试方法一:直接使用示波器的电流探头检测从互感器整流后的电压波形,或使用电流探头检测变压器原边电力的波形,将负载调节到最大负载或满载条件,环境温度设置为高温条件,直到电源的过温保护,过温保护前保证原边如果出现上升斜率的暴增,说明变压器已进入的前饱和状态,我们需要继续调整一下变压器或电感的参数,主要是电感的参数;
 测试方法二中,最好是要加入高温的条件,但是这种精密的仪器是不可能放到高温箱中去测试的,我们可以把直流偏置的时间延长点,最好接个热电藕检测温度。
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lishaobin
LV.4
21
2012-11-13 09:39
@卖电容QQ381156356
[图片]
前面我们说B值的选取都是考虑到磁饱和的条件,除了这个外我们还要考虑变压器的损耗,B值选择小,计算出来的变压器匝数就多,这种情况下不是增加变压器体积,就是增加电流密度导致变压器的铜损上升。如果B值选择大如靠近0.3附件,我们看看P47材质中,在300KHZ的频率下B值为0.1时的铁损是400KW/M^3,而在0.3时为6000KW/M^3,一共增加了25倍,厉害吧!,所以在变压器设计中,工作磁通B的选择对变压器损耗的影响非常大,如果我们想做高效率的电源就不得不在这里来精打细算了。
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lishaobin
LV.4
22
2012-11-20 11:20
@lishaobin
前面我们说B值的选取都是考虑到磁饱和的条件,除了这个外我们还要考虑变压器的损耗,B值选择小,计算出来的变压器匝数就多,这种情况下不是增加变压器体积,就是增加电流密度导致变压器的铜损上升。如果B值选择大如靠近0.3附件,我们看看P47材质中,在300KHZ的频率下B值为0.1时的铁损是400KW/M^3,而在0.3时为6000KW/M^3,一共增加了25倍,厉害吧!,所以在变压器设计中,工作磁通B的选择对变压器损耗的影响非常大,如果我们想做高效率的电源就不得不在这里来精打细算了。
 总结一下变压器B值的选取要考虑到饱和、考虑到损耗、考虑到体积,没有对的只有优的。
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lishaobin
LV.4
23
2012-11-20 11:21
@lishaobin
 总结一下变压器B值的选取要考虑到饱和、考虑到损耗、考虑到体积,没有对的只有优的。
正激占空比的选择,三绕组去磁正激的占空比不能超过0.5,这里就不在重复的罗嗦了,很多书籍上都有写,谐振去磁正激和有源钳位正激去磁的原理非常相似,占空比的选择方法也比较接近,在DC-DC特别是模块电源,输入电压范围都比较宽,2:1是常见的范围,也有不少是4:1的范围,输入电压一般有三个母线段,12V输入母线、24V输入母线、48V输入母线。
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木示
LV.5
24
2012-11-22 18:36
,加个实例更好哦
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lishaobin
LV.4
25
2012-11-23 10:30
@lishaobin
正激占空比的选择,三绕组去磁正激的占空比不能超过0.5,这里就不在重复的罗嗦了,很多书籍上都有写,谐振去磁正激和有源钳位正激去磁的原理非常相似,占空比的选择方法也比较接近,在DC-DC特别是模块电源,输入电压范围都比较宽,2:1是常见的范围,也有不少是4:1的范围,输入电压一般有三个母线段,12V输入母线、24V输入母线、48V输入母线。
48V在通信领域非常多、24V在工业控制行业非常多,在这种宽输入电压范围的条件下,占空比需要考虑到最大占空比、最小占空比、典型占空比,首先我们看看取最大占空比要注意什么,正激变压器开通时和关断时,在原边绕组上的电压按照伏秒平衡法则,也就是开通的电压x开通的时间=关断的电压x关断的时间,如果占空比选择较大,那么关断的时间会比较小,原边绕组上关断器件的电压也就大,反应在开关管VDS上的电压也就比较大,我们受制于开关管的VDS耐压.
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yangwenjie
LV.3
26
2012-11-23 13:26

LM5025的方案能否发一份呢,谢谢。275708989@qq.com 不胜感激

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lishaobin
LV.4
27
2012-11-26 10:13
@lishaobin
48V在通信领域非常多、24V在工业控制行业非常多,在这种宽输入电压范围的条件下,占空比需要考虑到最大占空比、最小占空比、典型占空比,首先我们看看取最大占空比要注意什么,正激变压器开通时和关断时,在原边绕组上的电压按照伏秒平衡法则,也就是开通的电压x开通的时间=关断的电压x关断的时间,如果占空比选择较大,那么关断的时间会比较小,原边绕组上关断器件的电压也就大,反应在开关管VDS上的电压也就比较大,我们受制于开关管的VDS耐压.
有些哥们会问:我选大耐压的MOS管不就可以了吗?当然可以,关键是我们考虑到效率、考虑的成本,也就不划算了,电源设计其实就是优化设计。占空比太小,单个脉冲传输的功率小,从负载反射到原边的峰值电流大,对开关管的开关损耗影响也非常大。另外小的占空比意味着变压器更大的匝比,变压器会有更高漏感和更大的漏感尖峰电压。对于2:1 DC-DC我通常0.3-0.6之间的占空比选择相对比较优化;
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zhenxiang
LV.10
28
2012-11-26 16:59
@yangwenjie
LM5025的方案能否发一份呢,谢谢。275708989@qq.com不胜感激
感谢楼主的分享。讲的很有道理搞清楚很多的疑惑。
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lishaobin
LV.4
29
2012-11-27 11:19
@zhenxiang
感谢楼主的分享。讲的很有道理搞清楚很多的疑惑。

不必客气,大家相互交流。

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lishaobin
LV.4
30
2012-11-27 11:49
@lishaobin
有些哥们会问:我选大耐压的MOS管不就可以了吗?当然可以,关键是我们考虑到效率、考虑的成本,也就不划算了,电源设计其实就是优化设计。占空比太小,单个脉冲传输的功率小,从负载反射到原边的峰值电流大,对开关管的开关损耗影响也非常大。另外小的占空比意味着变压器更大的匝比,变压器会有更高漏感和更大的漏感尖峰电压。对于2:1DC-DC我通常0.3-0.6之间的占空比选择相对比较优化;

大家对正激有源钳位钳位电容的选择有没有兴趣,有的请顶一下。

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yangwenjie
LV.3
31
2012-11-27 12:45
@lishaobin
不必客气,大家相互交流。
楼主的设计方案能共享一下不?
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