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开关电原变压器的疑惑

最近做一个420W的正激DCDC电源,输入电压的范围为DC60V~100V,输出电压24V,电流为18A,频率为200K,效率85%。分别作了两种变压器,且参数如下设置:

变压器的磁芯规格都旋转为EE42/21/15,磁芯参数如下:

计算变压器匝比及初次级匝数

匝比N=Np/Ns=Vinmin×Dmax/Vout+Vf

这里Vinmin=60V Dmax=0.52 Vout=24V Vf=0.6V代入式得

N=60×0.52/24.6=1.26

(1)验算最大占空比

Dmax=N×( Vout+Vf))/Vinmin=1.26 ×24.6/60=0.5166

(2)计算初次级匝数

Np=Vinmin ×ton/( ΔB ×Ae

ton=0.52×(1/fs=2.6us ΔB=0.18T  Ae=178mm2代入式得

Np=60 ×2.6/0.18×178=4.38   5

(3)计算次级匝数

Ns=Np/N=5/1.26=3.9  4

(4)根据初级匝比验证最大占空比

ΔB=Vinmin ×ton/Np×Ae

   =0.18T(Bs=0.39T)

(5)初级次级的匝比为5:4

 

如果按照下面的计算方法为:

首先设定Dmax0.41

(1)匝比N=Np/Ns=Vinmin×Dmax/Vout+Vf

            =60*0.41/24.6

            =0.99   1

  取匝比为1,验算最大占空比Dmax

  Dmax= N×( Vout+Vf))/Vinmin=0.4117

(2) 计算初级匝数

Np=Vinmin ×ton/( ΔB ×Ae

  =60*2.05/178*0.18

  =3.8  4

(3) 计算次级匝数

   Ns=Np/N=4/1=4  4

(4) 根据初级匝比验证最大占空比

ΔB=Vinmin ×ton/Np×Ae

      =0.17T(Bs=0.39T)

(5)初级次级的匝比为4:4

 

上面两种计算方法仅是Dmax取值不同,产生的现象如下

(1)匝比为5:4的变压器,效果较好,而匝比为4:4的变压器,效果不是特别的好,现象为:a:开关管的漏极波行抖动,漏极波形的轮廓较粗,就好像是几个相同的波形相叠加的,当按下斯波器stop键时,就很正常。

b:变压器的磁芯很热,整个电源外壳都很烫,满载15分钟后,电源会过热保护,相反匝比为5:4的变压器整个外壳不是很热。

c:效率88%左右,而匝比为5:4的变压器的效率为90%左右。

匝比为4:4Vin=80V  I=18 Vds的波形

匝比为5:4Vin=80V  I=18 Vds的波形

开关管的漏极波行抖动,漏极波形的轮廓较粗的波形如下:

我的疑问为:

1.       为何匝比不同,结果相差那么大,究竟怎么选择变压器?

2.       开关管的漏极波形抖动,应该怎么解决?是否和温度高的现象有联系?

3.       占空比应该怎么设置比较好点?

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2014-10-03 15:50

正激我没做过,但从你的状况看应该是咋比有问题 造成变压器饱和 而且漏极波形异常和驱动大小也有关系  在反击式中占空比式Dmax=Vor/(Vor+Vs)计算值,你第一式是先确定占空比在计算吧

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zhjgao
LV.2
3
2014-10-09 08:50
@蜂鸟china
正激我没做过,但从你的状况看应该是咋比有问题造成变压器饱和而且漏极波形异常和驱动大小也有关系 在反击式中占空比式Dmax=Vor/(Vor+Vs)计算值,你第一式是先确定占空比在计算吧
谢谢,但是我计算好变压器之后验算一下Bmax,都有够余量。。。
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rainever
LV.8
4
2014-10-09 09:53
@zhjgao
谢谢,但是我计算好变压器之后验算一下Bmax,都有够余量。。。

能不能看下这两个电源满载的实际占空比?你的芯片限制占空比是多少?看gate。

如果仅看你的推算,输入输出一致,匝比n1〉n2 ,   D1〉D2, 继续推导 dI1 < dI2, Ipk1 < Ipk2, 第二个电源mosfet loss要大,可以引起效率下降。

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zhjgao
LV.2
5
2014-10-09 16:53
@rainever
能不能看下这两个电源满载的实际占空比?你的芯片限制占空比是多少?看gate。如果仅看你的推算,输入输出一致,匝比n1〉n2 ,  D1〉D2,继续推导dI1
匝比为4:4的变压器发烫,MOS管的漏极波形抖动,开关管也热,是不是初级电流太大了,变压器的初次级匝数多造成的?然而5:4的呢??
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rainever
LV.8
6
2014-10-10 09:38
@zhjgao
匝比为4:4的变压器发烫,MOS管的漏极波形抖动,开关管也热,是不是初级电流太大了,变压器的初次级匝数多造成的?然而5:4的呢??

根据你的推导,可以得到 Ipk1< Ipk2, 5:4的变压器电流峰值要小于4:4的变压器,变压器铜损要小,所以4:4更热。

你的第二个算法太保守,Dmax可以取到0.48,那样你算的匝比也是5:4; 如果你一定要0.4的话,既然已经验证磁芯发热厉害,就需要换一个大号的增加Ae来降低各项指标。我说的不一定对,欢迎拍砖。

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