給大家看看好東東
21ICBBS轉貼 firstman 發表于 2003-6-6 23:35 電源技術 ←返回版面    

關于單端反激式開關電源高頻變壓器氣隙的一點思考!

我不是學電源專業的,但近來對開關電源頗感興趣,自己設計制做了一款端反激式開關電源;在制做過程中有一點我始終弄不明白,為什么反激式開關電源的高頻變壓器必須得有氣隙?找不到充分的理論依據!沒有氣隙難道不行嗎?大家幫我看看我這樣想法對不對?
初級導通狀態我認為就是電感響應階躍電壓的過程,在這個過程能量被貯存在電感中.電流按指數規律上升,這個電流應該就是初級峰值電流吧.由于是暫態過程,初級繞組匝數少,其內阻可以不計,所以說初級峰值電流其實就取決于初級電感量.Ip=Vin*Lp/tc;那好,也就是說我要達到一定大的Ip,就可以調節Lp來實現,通過增加磁路磁阻(氣隙)外,我想應該還可以在不開氣隙的情況下減少初級匝數來達到要求.當然,增大錢芯的載面積,使在相同電流磁場強度下磁通沒有飽和也可以.好,那我的問題是:能不能不開氣隙減少初級匝數來滿足Ip的要求?

如果不能為什么?

如果能的話也就意味著原副邊匝數其實沒什么關系,只要變比不變就可以,比如說我可以原邊取50匝,副邊取2匝,調節氣隙使Lp為一定值;也可以在保證Lp不變的情況下讓原邊為100匝,副邊為4匝,只要能繞的下;(Lp通過調節氣隙保持不變)


哪位高手來傳道授業解惑!




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我們除了這點技術還有什么???????






衛漢 發表于 2003-6-7 00:29 電源技術 ←返回版面    

多看些參考書再思考







tinyhe 發表于 2003-6-7 10:57 電源技術 ←返回版面    

可以啊,只要你有錢

磁心足夠大







pxq7233 發表于 2003-6-7 11:24 電源技術 ←返回版面    

氣隙的作用是存儲能量

正激中的磁芯是傳輸能量,反激,需要先存儲能量,然后再放到副邊,能量主要存儲在氣隙中,磁芯起約束能量的作用







stonenuco 發表于 2003-6-7 13:33 電源技術 ←返回版面    

不開gap不行







stonenuco 發表于 2003-6-7 13:37 電源技術 ←返回版面    

不開gap不行

不開GAP的話,CORE容易出磁飽和,這應該是主要原因,至于WHY那就一言難盡








firstman 發表于 2003-6-8 19:41 電源技術 ←返回版面    

想了一整天還是覺得減少匝數和增大磁芯,開氣隙是一個道理!

想了一整天還是覺得減少匝數和增大磁芯,開氣隙是一個道理!
因為電流決定磁場強度H,我們的目的就是獲得初級電感Lp和初級峰值電流!因為它們決定了輸出功率!
1.增大磁芯,呵呵不用說了就是在Ip的情況下鐵芯不飽和Q
2.開氣隙是在磁路中增加了磁阻,使達到相同的Bsat要更大的電流,這樣就不會飽和了.
3.減少匝數也是達到了要更大電流才能使鐵芯飽和的效果,因為H=IN/L,就是安匝數除以磁路的長度,在介質一定的情況下,減少N,要達到飽和磁密就得增加電流I,這有和開氣隙是一個道理嗎?試想我減少匝數使初級電感為要求的Lp,這時初級峰值電流自然就是Ip了,因為Ip=Vin*Dmax/(Lp*f);

這樣難道不行嗎?




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我們除了這點技術還有什么???????






POWERups 發表于 2003-6-8 20:30 電源技術 ←返回版面    

變壓器的氣隙問題

由于反激工作只在第一象限磁滯回線,在繞組中的直流成分可在B-H回環的水平
H軸上產生一直流磁力Hdc.對于一個確定的副邊電流負載,Hdc的值是確定的.
在沒有飽和的條件下,帶氣隙磁芯可加上更大的H值(直流電流).H的更大值
Hdc2已足于使沒有氣隙的磁芯達到飽和.因此,有大直流電流時,氣隙對防止芯飽和是有效的.當反激式開關電源高頻變壓器以連續方式工作時,有相當大的
直流電流成分,這時,必須有氣隙.









latou 發表于 2003-6-8 21:29 電源技術 ←返回版面    

re

理論上說,可以不需要gap, 但是代價就是你必須要用大好多的磁芯才能保證不飽和,尤其是在連續的模式下.

gap的作用是增大delta H,相當于有效減小磁芯的有效磁導率和原邊電感.

樓上說的很對!







guosr 發表于 2003-6-8 21:38 電源技術 ←返回版面    

沒錯,開氣隙和減小電感量是一個道理

   但在磁心不變的條件下,減少匝數不行,會導致磁心飽和:匝數越多,越遠離飽和(我知道很多人要疑惑不解或題反對意見了);如果磁心是理想的導磁體,不管B多大都不會飽和,那么的確沒必要開氣隙.







chenborrow 發表于 2003-6-10 09:49 電源技術 ←返回版面    

菜鳥如我,真的要疑惑不解了

guosr能不能指點一二?







chenborrow 發表于 2003-6-10 11:59 電源技術 ←返回版面    

請教guosr

根據∮H×dl＝∑I,匝數越多,∑I就越大,對于特定的磁路,H就越大,當然就越容易飽和,怎么可能會遠離飽和呢?







chenborrow 發表于 2003-6-10 12:25 電源技術 ←返回版面    

還有……

即使是理想導磁體,也不能不加氣隙,不然你的能量存在哪里?不要忘了,反激式變壓器的功能是存儲能量噢.這一點POWERups 已經說得很明白了.







guosr 發表于 2003-6-10 13:11 電源技術 ←返回版面    

圈數增加,Lp就增加,在Ton期間Ip的上升速率下降,于是Ipk減小

    Lp和圈數的平方成正比,而Ip上升速率和Lp成反比,因此在Ton一定的情況下,Ipk和圈數的平方成反比,Hpk又和Ipk成正比……如此推導下去,你會發現B和圈數成反比:圈數越多,越遠離飽和.
    如果單純考慮I和飽和的關系,當然是圈數越多越飽和;但是具體到變壓器,更多的是要考察Vi*Ton和飽和的關系,因此……







謝學仲 發表于 2003-6-10 13:23 電源技術 ←返回版面    

guosr 說的正確扼要

對于對電磁學沒有感性理解的人并幾個工式推導來推導去再后還是不知所以然.
關干匝數越多,越遠離飽和,這里可引入伏*秒積概念;當電壓加在變壓器初級二端時,隨著時間推移變壓器初級線圈電流線性上升,當電流線性上升到一定值時磁芯飽和、電感量驟降,這時電流上升速率驟增.轉折點就是這變壓器初級的飽和點.起始點到飽和點的時間*所加電壓就是這變壓器初級線圈的飽和伏*秒積.匝數越多安、匝數增大越慢、飽和伏*秒積越大,在同磁芯、電壓、頻率條件下越遠離飽和.
下面是一個反激變壓器的電磁性







謝學仲 發表于 2003-6-10 13:25 電源技術 ←返回版面    

反激變壓器的電磁性









謝學仲 發表于 2003-6-10 14:03 電源技術 ←返回版面    

關于單端反激式開關電源高頻變壓器氣隙的問題

也可以這樣理解;任何變壓器的設計首先要保證變壓器的磁芯不飽和,也就是說工作時加在初級線圈上的伏*秒積要小于飽和伏*秒積,實際設計時還要有一定的余量,所以不同截面的磁芯根據頻率、電壓算出相應的匝數,(還跟電路有關).這樣的匝數如果不開氣隙其電感量是很大的,為了減小電感量只能開氣隙.
總的一句話;一定的磁芯、頻率、占空比、電壓就要有一定的匝數,,,,,,要減小電感量只能開氣隙


* - 本貼最后修改時間:2003-6-10 16:29:59 修改者:謝學仲
* - 修改原因:忘了標點






chenborrow 發表于 2003-6-10 14:32 電源技術 ←返回版面    

謝謝guosr和謝兄

兩位的解說使得在下受益匪淺,其實我應該假定功率不變而不是電流不變.







SUN0_LIANG 發表于 2003-6-10 15:27 電源技術 ←返回版面    

謝學仲說的太對了,就是結論錯了

謝學仲說的太對了,就是結論錯了
變壓器設計時,用的最大H是飽和值的X%決定一切,X愈小,抗飽和能力愈強,自然可以不加氣隙.只不過,變壓器利用率低.
也就是說理論上,如果你愿意(),可以不加氣隙.
還是謝謝謝學仲,人理論說的還是對的.







chenborrow 發表于 2003-6-10 16:01 電源技術 ←返回版面    

suno-liang有點雞蛋里挑骨頭

你所說的理論上什么什么的沒一點實際作用,反激變壓器不加氣隙相當于電路中不加電阻直接把電壓兩端短路,從理論上來說導線總是有一定電阻的,所有除了電流大了點外不會有什么問題.而事實上你不會這么做.
xu1021 發表于 2003-6-10 16:34 電源技術 ←返回版面    

chenborrow,你的思路已走向歧點.

一些論點都不是很正確.電路上,電源可以不形成回路獨立存在,磁場是必定有回路的.反激式開關電源高頻變壓器的能量變換是由LI^2決定的,并非什么什么氣隙儲存能量轉化過來的.







sanzi666 發表于 2003-6-10 17:36 電源技術 ←返回版面    

我的一點看法,

加氣隙后只不過把整個磁路的u即磁導率變了,至于B 和H磁芯的值是不變的,變壓器工作時只要不超越其安全工作區,變壓器都能工作,但怎樣做到最優的工作狀態就是
1,損耗最小,2,最不易損壞(磁芯飽和).這就要看個人的經驗和實踐中摸索了.








ticc 發表于 2003-6-10 18:43 電源技術 ←返回版面    

用儲能來理解可以侃侃以下公式

W/u=∮H dB,對于同樣的磁芯材料,如果不加氣隙,可能永遠達不到要求輸出的功率.無論磁心有多大.







tinyhe 發表于 2003-6-11 08:27 電源技術 ←返回版面    

大家說了這么多,

覺得都是一知半解的,去看看法拉第定理吧







dbing 發表于 2003-6-11 08:29 電源技術 ←返回版面    

到這本書上去查

   “開關電源的原理與設計”







謝學仲 發表于 2003-6-11 09:15 電源技術 ←返回版面    

tinyhe ;看來你是全解的

請你談談你的理解,不要說去看什么什么定律,什么什么書上是這樣說的.







ticc 發表于 2003-6-11 09:49 電源技術 ←返回版面    

必須加氣隙

單端反激式變壓器利用儲能變換的方式實現能量傳遞,請大家討論一個基本的問題:此能量儲存在變壓器的什麼地方?
實際上,理想的無氣隙的變壓器是不能儲存能量的,無論電感量有多大.
平常我們所用的變壓器都會帶有一點氣隙,但只能儲存很小的能量,要達到實際需要,必須開氣隙.以下公式供參考:
單位儲存能量W=∮H×dB   參考B-H曲線,就可以明白加氣隙可以增大能量積分面積.
歡迎討論!








sanzi666 發表于 2003-6-11 10:03 電源技術 ←返回版面    

必須加氣隙

B=uH,SO W=1/2*u*H*H,加GAP無非是把U值給改變了,







chenborrow 發表于 2003-6-11 12:11 電源技術 ←返回版面    

假如都說去看書,那這個論壇就沒有存在地必要了.

問xu1021 ,能量由L×I^2決定不錯,但當mos管關斷,電流為零,而能量又沒有完全傳遞出去的時候你的能量到哪里去了,不是在氣隙上?







xu1021 發表于 2003-6-11 14:23 電源技術 ←返回版面    

說幾句,兼答chenborrow

問xu1021 ,能量由L×I^2決定不錯,但當mos管關斷,電流為零,而能量又沒有完全傳遞出去的時候你的能量到哪里去了,不是在氣隙上?

答:先回答上面這個問題,當mos管關斷瞬間,電流不可能突變,但是可以通過互感效應把能量傳遞到次級輸出,磁通鏈不變.如果互感系數M=1,則能量全部由次級釋放(事實上互感系數M恒小于1).
   如果,次級開路,當mos管關斷瞬間,電感上的能量同樣是立即在初級形成釋放回路.
   也就是說,mos管導通后,能量存儲在電感上;mos管關斷時,立刻釋放.這是反激式電路所特有的,初級電感儲能.
   下面來說說為什么要留氣隙.當輸出功率確定以后,可以知道初級所需提供的能量,由頻率、占空比、輸入電壓,可得最大的電流值,從而確定初級大致的電感量.問題是磁芯材料的限制(磁導率低,飽和點低,工作頻率的原因),在我們需要的電感值上,所取的安*匝數會使磁芯到達飽和,眾所周知,磁芯到達飽和時,電感量將急劇下降.所以,一般都是采用留氣隙來解決這個問題.留氣隙后,由于磁感應強度的減小,為了達到同樣的電感值,安*匝數會有增加,但是可以得到較好的磁芯的工作區域.另外,留氣隙后的缺點是漏感增加,對吸收回路要求增高,損耗增大.輻射干擾加重.
   打字速度相當慢,就到這里.
   20年前對開關電源有所興趣,現在不行了.








tinyhe 發表于 2003-6-11 14:41 電源技術 ←返回版面    

謝兄,不小心冒犯你了,sorry

偶的意思不是說大家說錯了.
對于反激變壓器的參數:圈數,氣隙,電感量,他們之間是有嚴格的數學關系的.對于磁芯不變的情況下,改變圈數,氣隙都會改變電感量.
偶覺得在反激的設計過程中,首先確定的是原邊的電感量(在頻率確定后),由此也確定了原邊的電流.從法拉第定律,我們可以得出 L *I = N *Ae * B;由此,我們可以根據實際磁芯的參數,選定 B,然后根據Ae,選定圈數N ,通常,在不開氣隙的情況下,電感量是很大的,遠大于我們預期的L,因此需要加入氣隙.
對于磁芯一定,氣隙一定,電流一定時,增加圈數會更容易飽和.
謝兄說的伏秒積,其實就是法拉第定律的一種表現形式:U=N*Ae*dB/dt-->U*dt = N*Ae *dB,與氣隙沒必然聯系







sun0_liang 發表于 2003-6-11 15:52 電源技術 ←返回版面    

誰雞蛋里挑骨頭

誰雞蛋里挑骨頭,電與磁有一個區別就是,普通磁體與空氣的的導磁率的差別較一般導體與空氣的差別為小.明白???







謝學仲 發表于 2003-6-11 23:33 電源技術 ←返回版面    

我發在這里的帖子看看對大家有沒有幫助


http://www.powersupply.net.cn/forum/topic.php?id=363






firstman 發表于 2003-6-11 23:59 電源技術 ←返回版面    

引來如此多的高手討論,感激涕泠!

不過我堅持,減少匝數比可以增大輸出功率,只不過因為副邊的匝數本身就少,如果減少匝數來實現輸出功率的話,有可能出現不到一匝的現象．






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ljmxqf 發表于 2003-6-12 08:14 電源技術 ←返回版面    

電源事業相當







ljmxqf 發表于 2003-6-12 08:21 電源技術 ←返回版面    

電源論談............

發表一下淺顯的意見:
磁芯的飽和磁通密度只跟磁芯的材質有關系,跟大小沒關系.








謝學仲 發表于 2003-6-12 08:39 電源技術 ←返回版面    

tinyhe ;

除掉標題你下面的論點都是正確的,有的只是理解角度不同.







firstman 發表于 2003-6-12 21:46 電源技術 ←返回版面    

有沒有哪位高人站出來理一下

本貼自發布以來得到眾多高手熱烈響應,大家都發表了各自的觀點,但一一看下來,我個人認為,有些觀點可能不一定非常正確!須要有人出來將各種觀點一一整理,指出其正確和錯誤的地方.本人非此專業,理論知識很缺乏,只能做一個旁觀者和學習者.懇請哪位資深高手對本貼的各種觀點一一分析,作一個系統的答復,這樣我們的討論也會更有意義,更有成果!


思考讓人提高,辯論使人深刻!




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feng7903 發表于 2003-6-13 08:27 電源技術 ←返回版面    

反激,需要先存儲能量

正激中的磁芯是傳輸能量,反激,需要先存儲能量,然后再放到副邊,能量主要存儲在氣隙中,磁芯起約束能量的作用








xu1021 發表于 2003-6-13 09:40 電源技術 ←返回版面    

看來我前面是白說了.


ptldy 發表于 2003-6-13 15:57 電源技術 ←返回版面    

《磁性元器件分冊》

有關開關電源變壓器的理論,請參看“實用電源技術手冊”里的分冊---《磁性元器件分冊》(南航 趙修科 教授),本書深入淺出,要想做開關電源,不得不看!看這一本,勝看其余一大堆開關電源書籍,我不是在做廣告,這是我看了一些同類書籍的真實體會!說出來,免得走彎路!







guosr 發表于 2003-6-13 18:22 電源技術 ←返回版面    

這書的確不錯

    不過各位千萬不要嫌數學推導煩.只有把數學形式弄明白了,才能隨心所欲的玩轉磁性元件.







VIANN 發表于 2003-6-13 18:32 電源技術 ←返回版面    

RE

這本書我也推薦!!
特別是第五章最精典.








firstman 發表于 2003-6-13 18:38 電源技術 ←返回版面    

多謝各位指路!

多謝各位指路!不過這本書哪里可以買到,是哪個出版社出版的?




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adlsong 發表于 2003-6-15 11:27 電源技術 ←返回版面    

這本書我也有,不過感覺一般.

有些地方敘述不是很有條理.







chendongye 發表于 2003-6-17 12:28 電源技術 ←返回版面    

降低磁芯直流工作點

降低磁芯直流工作點,以免直流電流過在造成CORE 飽和.
CHENDONGYE







yinshisun 發表于 2003-6-26 10:05 電源技術 ←返回版面    

這類問題必須定性加定量分析

1.磁心加氣隙后,為保持原電感量,需增加匝數.增加匝數后同樣的電流又會增加磁勢,磁通密度似乎不會因氣隙的加入而有所降低.請注意:電感量與匝數平方成正比,而磁通密度與磁勢(IN)成正比.2.加氣隙后磁密降低的程度與磁心平均磁路長度對氣隙長度比值有關.此處書寫數學公式困難,恕不列出.







謝學仲 發表于 2003-6-26 12:57 電源技術 ←返回版面    

關于單端反激式開關電源高頻變壓器氣隙的一點思考


一定的磁芯、頻率、占空比、電壓就要有一定的匝數,開氣隙的目的為了減小電感量.

如果一定要不開氣隙的話,我大至測算了一下;一付EE65磁芯在100KHZ時可做100W左右(反激).









pxq7233 發表于 2003-6-26 15:11 電源技術 ←返回版面    

一付Ec42磁芯在100KHZ時可做100W左右,溫升<25k

efd20,180kHz,45w反激電源







jcxliu 發表于 2003-6-26 21:14 電源技術 ←返回版面    

必須要有氣隙

我同意pxq7233的意見,氣隙是用來存儲能量的.







yinshisun 發表于 2003-6-27 09:55 電源技術 ←返回版面    

to-謝學仲

單純為減小電感量,少些匝數即可,為何加氣隙?況且隨意減小電感量,會使開關管峰值電流增加.







yinshisun 發表于 2003-6-27 15:17 電源技術 ←返回版面    

補充一個公式

只有比較同號磁心,同電感量,同激磁電流條件下兩者的磁密大小,才有意義!此時,兩者磁密關系為:   b=(Lm/(Lm+u*Lg))^1/2*B,   b為有氣隙者的磁密,Lm為磁心的平均磁路長度,u為相對導磁率,Lg為氣隙長度.可見,同電感量,同激磁電流條件下有氣隙磁路者磁密確實要小!這意味著有氣隙的磁心的確不易飽和.







yinshisun 發表于 2003-6-27 16:33 電源技術 ←返回版面    

補充B的定義:B為無氣隙磁密







謝學仲 發表于 2003-6-27 17:05 電源技術 ←返回版面    

yinshisun 和firstman 的理解一至了

[單端反激式開關電源高頻變壓器為減小電感量,少些匝數即可]








527 發表于 2003-6-28 10:47 電源技術 ←返回版面    

有時候不加氣隙的效果比加氣隙的效果更好!

前不久做了一臺逆變器,由于用的驅動是M57962L,驅動200A的IGBT,需要的獨立電源較多,買不到現成的開關電源,因此用TOP做了一臺,磁心為EE19,輸出為四路,調試結果是加氣隙后TOP發燙,溫升大于50度(沒加散熱器),不加氣隙TOP只有不到8度的溫升(也沒加散熱器),整機用到現在很正常.







atx 發表于 2003-6-29 21:24 電源技術 ←返回版面    

謝兄,請問你是如何測試方式得到此曲線?謝謝!







yinshisun 發表于 2003-6-30 09:46 電源技術 ←返回版面    

和firstman理解不同

我已經證明了在同樣磁心、同樣激磁電流、有氣隙和無氣隙兩者電感量相同(注意匝數不同)時,有氣隙者的確磁密要小!







謝學仲 發表于 2003-6-30 12:09 電源技術 ←返回版面    

回復atx

土方法!自制







atx 發表于 2003-6-30 17:48 電源技術 ←返回版面    

想知道如何制作,謝謝!







wangaijun 發表于 2003-7-1 16:38 電源技術 ←返回版面    

STST

efwafWASSDF

  firstman 發表于 2003-7-2 19:45 電源技術 ←返回版面    

事實勝于雄辯!

呵呵!各位老大們,事實勝于雄辯!通過對我做的產品的不斷試驗和改進,我承認我當初的提法是錯誤的!!!!
事實是:當輸出功率一定,已經選定了開關管以后(最大承受電流已定),當然工作模式也一定!這時,初級電感量也是一定值,如果采用減少匝數(相應的氣隙會比較小)來達到初級電感量的話,也就是初級匝數比較少時,鐵芯很容易飽和,此時BM(最大磁通密度)一般來說都比較高,大于1/2的Bsat.相反的,增加初級匝數,增大氣隙,這時BM就會比較小,磁芯就不容易飽和!經過反復試驗,我認為一般取BM=1.6T的好,因為市面上買到的磁芯不一定就是書上講的那種,呵呵,我是深受其苦!而且市面上買到的一般無據可查!
末了!我想哀嘆一下本人的理論知識的缺乏,雖然現在已經用實踐證明了我當初的提法的不正確,卻還是不能找到理論上的定性解釋!呵呵,不過還好,我不是學電源專業的,不懂就不懂吧,也許以后會想通的!
在此,對參與本討論的各位高手表示衷心的感謝!是你們在我設計的產品過程中給了我最大的幫助,不管是正面的還是反面的!
:)




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xu1021 發表于 2003-7-3 09:49 電源技術 ←返回版面    

我前面不是早就說過了,聽不進,就當白說.

每種磁芯都會給出相對磁導率、工作頻率、磁感應強度的飽和值等參數.有了這些,還不好辦?







wangdong66 發表于 2003-7-4 11:57 電源技術 ←返回版面    

我的測試波形如下:

直流10V
EC35磁心
初級80T
磁心面積100mm^2

有什么不對嗎?
怎么跟前面的不一樣?
這個曲線有什么意義?

各位指點!