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【原創】電源效率討論系列二:磁性元件的損耗

之前的討論:

電源效率討論系列一:次級整流二極管的損耗

電源效率討論系列三:變壓器繞制工藝

接著來討論下電源電路中磁性元件的損耗。

電源中的磁性元件一般就是指電感與變壓器,這里我們這種討論初次級隔離的變壓器,因為這種變壓器在開關電源中應用最為廣泛。

變壓器的作用大致是提供初次級的電氣隔離,使輸出電壓或升或降,傳送能量;變壓器設計的好壞直接關系到整個電源系統的安規,EMC,效率,溫升,輸出的電氣性能參數,壽命,可靠性,甚至會導致系統的崩潰。

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bode
LV.9
2
2010-08-02 09:19

個人感覺變壓器的工藝,是個大難題。

特別是漏感和分布電容的不兼容~

樓主能否講講升壓變壓器有何注意的地方~

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2010-08-02 09:48
@bode
個人感覺變壓器的工藝,是個大難題。特別是漏感和分布電容的不兼容~樓主能否講講升壓變壓器有何注意的地方~

兄弟第一帖就給我出個大難題呀,呵呵

升壓的做過,但經驗不多,說說個人的理解,不一定對,權作參考與討論之用。

升壓變壓器的難點,樓上已經指出來了,因為繞組的圈數太多,漏感與分布電容很難兩全其美;這個時候我覺得應該從以下幾個方面著手:

1、在選擇變壓器的時候,如果結構尺寸允許的話,我們盡量選擇高長型(立式)或窄長(臥式)型的,因為這種變壓器單層繞線圈數多,可以有效降低繞線的層數,增加初次級的耦合,減小層間電容。

2、優化繞線順序,使初次級能增減耦合面積;曾經用過這種繞法:1/3次級--1/2初級--1/3次級--1/2初級--1/3次級,結果表明此種繞法漏感可以小很多。

當然這種變壓器繞制工藝稍顯復雜,成本稍高,但還是可以接受。

3、層間電容大家都知道,每層之間加黃膠帶,便可減少層間電容。

當然這些措施都是在考慮安規與EMC的情況下,做出的改進;對于升壓電源,漏感與層間電容如果處理不好很容易引起振蕩,使電源的EMC不好過,效率不高,有時會莫名其妙的炸MOS管(我實際碰到過的情況)。

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xyz104104
LV.7
4
2010-08-02 10:02
@bode
個人感覺變壓器的工藝,是個大難題。特別是漏感和分布電容的不兼容~樓主能否講講升壓變壓器有何注意的地方~

個人覺得應注意

1.磁材的選擇

2.加工工藝的選擇

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2010-08-02 10:03

我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損,先來說說鐵損吧。

變壓器的鐵損包括三個方面:

一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器磁芯的磁力線其方向和大小隨之變化,使得磁芯內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗。

二是渦流損耗,當變壓器工作時。磁芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流。渦流的存在使磁芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗。

三是剩余損耗,在磁芯磁化或反磁化的過程中,磁化狀態并不是隨磁化強度變化而立即變化,有個滯后時間,滯后效應便是引起剩余損耗的原因。

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2010-08-02 10:17

變壓器漏感和分布電容在繞線結構上第3帖說得很好!

至于溫升其實設計時的計算溫升只能做一個參考,影響溫升的參數較多,比如不同廠家,不同電路模式磁芯損耗都不一樣,甚至連磁芯的組裝也會影響到溫升,比如PQ變壓器只磨中柱的變壓器溫升會比兩邊墊氣息的溫升高,銅損的計算會稍準一些,但電流計算不準也會做成銅損計算不準!

理論設計始終與實際測試有出入,只是經驗豐富的計算出來的變壓器誤差小一些,大多數還是要稍作調整!

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bode
LV.9
7
2010-08-02 11:09
@心中有冰
兄弟第一帖就給我出個大難題呀,呵呵升壓的做過,但經驗不多,說說個人的理解,不一定對,權作參考與討論之用。升壓變壓器的難點,樓上已經指出來了,因為繞組的圈數太多,漏感與分布電容很難兩全其美;這個時候我覺得應該從以下幾個方面著手:1、在選擇變壓器的時候,如果結構尺寸允許的話,我們盡量選擇高長型(立式)或窄長(臥式)型的,因為這種變壓器單層繞線圈數多,可以有效降低繞線的層數,增加初次級的耦合,減小層間電容。2、優化繞線順序,使初次級能增減耦合面積;曾經用過這種繞法:1/3次級--1/2初級--1/3次級--1/2初級--1/3次級,結果表明此種繞法漏感可以小很多。當然這種變壓器繞制工藝稍顯復雜,成本稍高,但還是可以接受。3、層間電容大家都知道,每層之間加黃膠帶,便可減少層間電容。當然這些措施都是在考慮安規與EMC的情況下,做出的改進;對于升壓電源,漏感與層間電容如果處理不好很容易引起振蕩,使電源的EMC不好過,效率不高,有時會莫名其妙的炸MOS管(我實際碰到過的情況)。

關于第一條:

增加初次級的耦合,可以減小變壓器的漏感,但會增加初次級間的分布電容。

老兄最后一句話,太對了。

升壓變壓器,最難搞得就是漏感和分布電容不好處理,很容易震蕩。

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wdh1986
LV.4
8
2010-08-02 14:11
@sixbrother
變壓器漏感和分布電容在繞線結構上第3帖說得很好!至于溫升其實設計時的計算溫升只能做一個參考,影響溫升的參數較多,比如不同廠家,不同電路模式磁芯損耗都不一樣,甚至連磁芯的組裝也會影響到溫升,比如PQ變壓器只磨中柱的變壓器溫升會比兩邊墊氣息的溫升高,銅損的計算會稍準一些,但電流計算不準也會做成銅損計算不準!理論設計始終與實際測試有出入,只是經驗豐富的計算出來的變壓器誤差小一些,大多數還是要稍作調整!
  各位大師說的都很精彩,小弟在此頂起再說!~!~!~!~!~!~
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wdh1986
LV.4
9
2010-08-03 08:13
@wdh1986
[圖片] 各位大師說的都很精彩,小弟在此頂起再說!~!~!~!~!~!~

樓主繼續哇,我把茶泡起,就等著聽呢!~!~!!~

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2010-08-03 09:12
@sixbrother
變壓器漏感和分布電容在繞線結構上第3帖說得很好!至于溫升其實設計時的計算溫升只能做一個參考,影響溫升的參數較多,比如不同廠家,不同電路模式磁芯損耗都不一樣,甚至連磁芯的組裝也會影響到溫升,比如PQ變壓器只磨中柱的變壓器溫升會比兩邊墊氣息的溫升高,銅損的計算會稍準一些,但電流計算不準也會做成銅損計算不準!理論設計始終與實際測試有出入,只是經驗豐富的計算出來的變壓器誤差小一些,大多數還是要稍作調整!

贊同6樓的說法,磁性元件的設計中存在太多的不確定因素,比如同樣的繞制工藝要求,不同廠家做出來的會有小小的差異,還有磁芯材質的差異,因為不是每個工廠都用得起TDK的磁芯,所以,我認為設計是需要豐富的經驗加上實際的調試來確定最終參數。

我一般都是線大概計算下參數,然后在實際中調試,最終確定的參數主要是看調試的效果。

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2010-08-03 09:13
@wdh1986
樓主繼續哇,我把茶泡起,就等著聽呢!~!~!!~[圖片]

昨天出差,回來很晚了,今天繼續

 

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roc19850
LV.5
12
2010-08-03 10:54
@心中有冰
贊同6樓的說法,磁性元件的設計中存在太多的不確定因素,比如同樣的繞制工藝要求,不同廠家做出來的會有小小的差異,還有磁芯材質的差異,因為不是每個工廠都用得起TDK的磁芯,所以,我認為設計是需要豐富的經驗加上實際的調試來確定最終參數。我一般都是線大概計算下參數,然后在實際中調試,最終確定的參數主要是看調試的效果。

我是新手,我提幾個菜鳥問題!請教了。

1.變壓器繞法有幾種啊?哪種相對好?譬如漏感和耦合方面

2.變壓器一般溫度小于85度最好嗎?高幾度會怎么樣?

3.功率多大選擇多大的磁芯,是根據什么?還是靠經驗來選擇的?

謝謝!

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wdh1986
LV.4
13
2010-08-03 13:38
@roc19850
我是新手,我提幾個菜鳥問題!請教了。1.變壓器繞法有幾種啊?哪種相對好?譬如漏感和耦合方面2.變壓器一般溫度小于85度最好嗎?高幾度會怎么樣?3.功率多大選擇多大的磁芯,是根據什么?還是靠經驗來選擇的?謝謝!

關注中,我這菜鳥也想知道........

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2010-08-03 14:20
@心中有冰
贊同6樓的說法,磁性元件的設計中存在太多的不確定因素,比如同樣的繞制工藝要求,不同廠家做出來的會有小小的差異,還有磁芯材質的差異,因為不是每個工廠都用得起TDK的磁芯,所以,我認為設計是需要豐富的經驗加上實際的調試來確定最終參數。我一般都是線大概計算下參數,然后在實際中調試,最終確定的參數主要是看調試的效果。
很感謝你的解說,我一直存在一個疑問,在一個比如5W的成熟的電源中原來用的是PC40,如果改為PC50的話會有哪些影響?
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2010-08-03 14:56
@心中有冰
我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損,先來說說鐵損吧。變壓器的鐵損包括三個方面:一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器磁芯的磁力線其方向和大小隨之變化,使得磁芯內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗。二是渦流損耗,當變壓器工作時。磁芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流。渦流的存在使磁芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗。三是剩余損耗,在磁芯磁化或反磁化的過程中,磁化狀態并不是隨磁化強度變化而立即變化,有個滯后時間,滯后效應便是引起剩余損耗的原因。

從鐵損包含的三個個方面的定義上看,只要控制磁力線的大小便可降低磁滯損耗,減少磁芯與磁力線垂直的面積可以減少渦流損耗。

趙老師在《開關電源中磁性元器件》一書中指出:

 

由上面的話可以看出,在磁芯材質與形狀,體積等都確定的情況下,變壓器的鐵損與變壓器的工作頻率以及磁感應強度擺幅deltB成正比。

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2010-08-03 15:34
@roc19850
我是新手,我提幾個菜鳥問題!請教了。1.變壓器繞法有幾種啊?哪種相對好?譬如漏感和耦合方面2.變壓器一般溫度小于85度最好嗎?高幾度會怎么樣?3.功率多大選擇多大的磁芯,是根據什么?還是靠經驗來選擇的?謝謝!

1、變壓器的繞法有無數種,那種相對較好也無法回答,因為變壓器結構,電路拓撲不同,所采用的繞法也會不相同,漏感與耦合方面的請參照第3貼

2、磁芯的最佳工作溫度為80-110度,你可以根據結構與散熱條件來等因素來設定磁芯的溫度,不過實際的工作穩定往往不是某幾個因素能決定的,需要綜合考慮,具體可見第6樓sixbrother的論述。

3。關于選擇磁芯,可以根據AP法來計算。當然還有許多因素共同決定的,比如結構尺寸,散熱條件,電路拓撲,成本,溫升要求,效率,輸出電壓的路數,輸入輸出電壓電流的大小……

總之這些不是一句話能說清楚的,選擇合適的磁芯,需要豐富的理論與實際工程經驗

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2010-08-03 15:36
@mzwr963852741
很感謝你的解說,我一直存在一個疑問,在一個比如5W的成熟的電源中原來用的是PC40,如果改為PC50的話會有哪些影響?

最直接的回答應該是:溫升低了,成本高了

建議還是仔細看看這兩種磁芯的特性差異,然后思考我上面說的話,你會發現有不少的收獲。

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2010-08-03 16:06
@心中有冰
從鐵損包含的三個個方面的定義上看,只要控制磁力線的大小便可降低磁滯損耗,減少磁芯與磁力線垂直的面積可以減少渦流損耗。趙老師在《開關電源中磁性元器件》一書中指出:[圖片] 由上面的話可以看出,在磁芯材質與形狀,體積等都確定的情況下,變壓器的鐵損與變壓器的工作頻率以及磁感應強度擺幅deltB成正比。

磁滯在低場下可以不予考慮,渦流在低頻下也可忽略,剩下的就是剩余損耗。在磁感應強度較高或工作頻率較高時,各種損耗互相影響難于分開。故在涉及磁損耗大小時,應注明工作頻率f以及對應的Bm值。但在低頻弱場下,可用三者的代數和表示:tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh  tanδf  tanδr分別為:磁滯損耗角正切,渦流損耗角正切,剩余損耗角正切。各種損耗隨頻率的變化關系如圖。

 
 
    由圖可見,剩余損耗和B的大小無關,但隨頻率增大而增大。而磁滯損耗隨B的增加增大,渦流損耗則和頻率成線性變化。了解了這些就可知:在正激和橋式電源中,磁芯損耗著重考慮渦流損耗。在反激變壓器和儲能電感中,既要考慮渦流損耗又要考慮磁滯損耗,尤其是DCM方式工作的電源,磁滯損耗是第一位的。所以可以確定,做電源時第一點就是根據電源的工作頻率選取相應的磁芯材料。

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2010-08-04 09:35
@心中有冰
磁滯在低場下可以不予考慮,渦流在低頻下也可忽略,剩下的就是剩余損耗。在磁感應強度較高或工作頻率較高時,各種損耗互相影響難于分開。故在涉及磁損耗大小時,應注明工作頻率f以及對應的Bm值。但在低頻弱場下,可用三者的代數和表示:tanδm=tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr分別為:磁滯損耗角正切,渦流損耗角正切,剩余損耗角正切。各種損耗隨頻率的變化關系如圖。[圖片]     由圖可見,剩余損耗和B的大小無關,但隨頻率增大而增大。而磁滯損耗隨B的增加增大,渦流損耗則和頻率成線性變化。了解了這些就可知:在正激和橋式電源中,磁芯損耗著重考慮渦流損耗。在反激變壓器和儲能電感中,既要考慮渦流損耗又要考慮磁滯損耗,尤其是DCM方式工作的電源,磁滯損耗是第一位的。所以可以確定,做電源時第一點就是根據電源的工作頻率選取相應的磁芯材料。

貼一篇理論分析比較全面的文章,大家可以看看

磁芯損耗 

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2010-08-05 13:12
@心中有冰
我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損,先來說說鐵損吧。變壓器的鐵損包括三個方面:一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器磁芯的磁力線其方向和大小隨之變化,使得磁芯內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗。二是渦流損耗,當變壓器工作時。磁芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流。渦流的存在使磁芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗。三是剩余損耗,在磁芯磁化或反磁化的過程中,磁化狀態并不是隨磁化強度變化而立即變化,有個滯后時間,滯后效應便是引起剩余損耗的原因。

下面我們開始來討論下變壓器的銅損。

變壓器的銅損即變壓器繞組的損耗,包含直流損耗與交流損耗。

直流損耗主要是因為繞變壓器的銅漆包線,對通過它的電流有一定的阻抗(Rdc)而引起的損耗。此電流指的是各個繞組電流波形的有效值。直流損耗跟電流大小的平方成正比。

相對來說,交流損耗就復雜得多,包含繞組的趨膚效應,臨近效應引起的損耗,同樣還包括各次諧波引起的損耗。

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2010-08-05 13:43
@心中有冰
下面我們開始來討論下變壓器的銅損。變壓器的銅損即變壓器繞組的損耗,包含直流損耗與交流損耗。直流損耗主要是因為繞變壓器的銅漆包線,對通過它的電流有一定的阻抗(Rdc)而引起的損耗。此電流指的是各個繞組電流波形的有效值。直流損耗跟電流大小的平方成正比。相對來說,交流損耗就復雜得多,包含繞組的趨膚效應,臨近效應引起的損耗,同樣還包括各次諧波引起的損耗。

先說直流阻抗,形成原因上面說了。下面我們來分析怎樣減少直流損耗

首先,給出直流損耗計算公式:Pdc=(Irms)^2*Rdc

由上面的公式可見,對于電流有效值一定的情況下,只要降低繞組的直流等效電阻就可以降低繞組的直流損耗。

我們知道繞組的電阻與材質,長度,截面積甚至溫度(關系很小)等有關,那么我們就可以采用如下方法來降低繞組的直流損耗:

1、采用電阻率小的導體來繞制變壓器,一般采用銅漆包線,盡量不用銅包鋁漆包線或鋁漆包線

2、在變壓器窗口面積允許的情況下,盡量用大一點的等效截面積的漆包線(單根線不要超出穿透深度,后面會分析)

3、適當減少繞組的匝數(會增加鐵損),慎用

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320bapi
LV.3
22
2010-08-07 15:03
@心中有冰
最直接的回答應該是:溫升低了,成本高了[圖片]建議還是仔細看看這兩種磁芯的特性差異,然后思考我上面說的話,你會發現有不少的收獲。

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lionxiao7
LV.1
23
2010-08-08 17:08
@心中有冰
1、變壓器的繞法有無數種,那種相對較好也無法回答,因為變壓器結構,電路拓撲不同,所采用的繞法也會不相同,漏感與耦合方面的請參照第3貼2、磁芯的最佳工作溫度為80-110度,你可以根據結構與散熱條件來等因素來設定磁芯的溫度,不過實際的工作穩定往往不是某幾個因素能決定的,需要綜合考慮,具體可見第6樓sixbrother的論述。3。關于選擇磁芯,可以根據AP法來計算。當然還有許多因素共同決定的,比如結構尺寸,散熱條件,電路拓撲,成本,溫升要求,效率,輸出電壓的路數,輸入輸出電壓電流的大小……總之這些不是一句話能說清楚的,選擇合適的磁芯,需要豐富的理論與實際工程經驗

前輩你好:

3。關于選擇磁芯,可以根據AP法來計算。在功率小的時候,我用AP法來選磁芯還沒遇到問題,可當功率稍大些,比如10幾個KW時,發現用AP法算下來的值很夸張,一般會需要好幾個磁芯并在一起,窗口面積也顯得太小了(主要是電流大繞線粗的緣故),能否給點建議。

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2010-08-08 20:43
@lionxiao7
前輩你好:3。關于選擇磁芯,可以根據AP法來計算。在功率小的時候,我用AP法來選磁芯還沒遇到問題,可當功率稍大些,比如10幾個KW時,發現用AP法算下來的值很夸張,一般會需要好幾個磁芯并在一起,窗口面積也顯得太小了(主要是電流大繞線粗的緣故),能否給點建議。

10幾個KW的功率我還真沒有做過,沒有相關經驗,談一下個人看法,供參考。

大功率的電源一般頻率跑得比較低,deltB也選得很低,各種分布參數對電源的影響非常大,一般比較難精確計算損耗值,所以很多人都是憑經驗選取磁芯。

你說的磁芯并聯,可能是為了發熱平衡的設計

再說大功率的成本壓力非常小,一般都是把余量放得很足,有利于電源長期穩定的工作

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bode
LV.9
25
2010-08-08 20:50
@心中有冰
最直接的回答應該是:溫升低了,成本高了[圖片]建議還是仔細看看這兩種磁芯的特性差異,然后思考我上面說的話,你會發現有不少的收獲。
冰斑竹能在帖子的最后,講解下變壓器繞制方面的工藝要求,就更完美了。
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2010-08-08 21:01
@bode
冰斑竹能在帖子的最后,講解下變壓器繞制方面的工藝要求,就更完美了。

不急,這個帖子會繼續下去的

等把變壓器的損耗分析完了,就開始講變壓器的繞指方法與工藝

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bode
LV.9
27
2010-08-08 22:58
@心中有冰
不急,這個帖子會繼續下去的等把變壓器的損耗分析完了,就開始講變壓器的繞指方法與工藝
臨睡前,再頂冰斑竹一次,期待明天冰斑竹,有更精彩的發言。
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林建良
LV.7
28
2010-08-09 02:49

冰班竹說的非常正確,對於初學者,我給幾個建議:

1.由於鐵損涉及價格,若保持競爭力情況下,我都只考慮磁滯損耗,且故意操作在距離飽和前500高斯,以免浪費.例如PC40號稱常溫4000高斯飽和,但查表在100度C下,只剩3200高斯,故我設計在2500~2800不敢再高了.萬一飽和會炸機.如此就只剩查表的工作,也就是這變壓器的鐵損會因為您設計的(磁通)(頻率)(重量)就得到損失多少鐵損.

2. 銅損部份因為EMI與電解電容ESR特性,一般頻率操作在65KHz,所以只要線徑小於0.6mm,則集膚效應所影響不大,因為高頻會跑表層,若線太粗則中心形同無效.若120KHz則分細線至少0.4mm以下. 如此的話就可以簡單的計算I平方R就好,溫度方面以安規ClassB標準,在常溫下變壓器85度C,那麼50度C操作環境就到頂端110度C,再加10度C的溫度線誤差時,120度C是安規可接受頂線,還有另一點是電解電容只耐105度C,變壓器太燙的話,電容也會烤乾的.

3. 功率建議以Ae值評估,原因是必須在不飽和與價格上取平衡點,選大了貴,選小了要不圈數多時銅線燙,要不圈數少時GAP大卻造成漏感大以及Core和MOSFET燙. 比如

3~5W選EE13, Ae約0.18

5~12W選EE16~EE19, Ae約0.2~0.24

10~20W選EF20~EF25,Ae約0.33~0.51

25~40W選EF25~ER28或RM8~RM10, Ae約0.51~0.78

40~60W選RM10 PQ2625 或ER35  EI40或者POT30, Ae約0.9~1.5

60~120W選 POT33~EE4215,Ae約 1.5~2.1

 以上是FLYBACK 架構,若是Forward其變壓器只負責傳送,實際儲能在後級電感,其功率越高鐵芯越大,但選太大, 老闆的頭會大.

4. 繞法跟效率與EMI關係密切,當然漏感越小效率越高,問題是哪兒高,是AC90V滿載高嗎?還是AC264V 25%載效率高,答案是全部都有.  至於AC90V滿載則是輸出線徑粗時效率高,原因只是歐姆定律,而AC264V 25% load效率則在於Lp感量高才能將Duty拉開,而IC降頻也有推波助瀾效果.  可是漏感越好,如同原邊的老公跟次邊的老婆親密度類似,當然越多人夾越多層,最好都別穿衣服(沒有隔離銅箔檔著),那麼漏感肯定降到3%以下.只是若沒有隔離銅箔檔著,那麼原邊的Noise跑到次邊上傳出去發射在空中就是很悽慘的EMI. 我以往會做三明治夾法(2原1次),而次邊兩旁2個隔離銅箔檔著,徹底將Noise檔著犧牲效率,只要繞線平整就好,後來為了Energy star 2.0的四點平均效率提升,只好善用IC的抖頻而隔離同箔只留裡面一層.

5. 主變壓器一般使用B=V x T x 10^8 / Ae Np計算是因為MOSFET將Bulk CAP電壓通到變壓器,所以電壓固定值, Ton時間決定B. 但是PFC Choke與 Forward的輸出儲能Choke都是串聯在電路上,須要用 I x R來取代 V x T才不容易算錯

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2010-08-09 09:32
@林建良
冰班竹說的非常正確,對於初學者,我給幾個建議:1.由於鐵損涉及價格,若保持競爭力情況下,我都只考慮磁滯損耗,且故意操作在距離飽和前500高斯,以免浪費.例如PC40號稱常溫4000高斯飽和,但查表在100度C下,只剩3200高斯,故我設計在2500~2800不敢再高了.萬一飽和會炸機.如此就只剩查表的工作,也就是這變壓器的鐵損會因為您設計的(磁通)(頻率)(重量)就得到損失多少鐵損.2.銅損部份因為EMI與電解電容ESR特性,一般頻率操作在65KHz,所以只要線徑小於0.6mm,則集膚效應所影響不大,因為高頻會跑表層,若線太粗則中心形同無效.若120KHz則分細線至少0.4mm以下.如此的話就可以簡單的計算I平方R就好,溫度方面以安規ClassB標準,在常溫下變壓器85度C,那麼50度C操作環境就到頂端110度C,再加10度C的溫度線誤差時,120度C是安規可接受頂線,還有另一點是電解電容只耐105度C,變壓器太燙的話,電容也會烤乾的.3.功率建議以Ae值評估,原因是必須在不飽和與價格上取平衡點,選大了貴,選小了要不圈數多時銅線燙,要不圈數少時GAP大卻造成漏感大以及Core和MOSFET燙.比如3~5W選EE13,Ae約0.185~12W選EE16~EE19,Ae約0.2~0.2410~20W選EF20~EF25,Ae約0.33~0.5125~40W選EF25~ER28或RM8~RM10,Ae約0.51~0.7840~60W選RM10PQ2625或ER35 EI40或者POT30,Ae約0.9~1.560~120W選POT33~EE4215,Ae約1.5~2.1 以上是FLYBACK架構,若是Forward其變壓器只負責傳送,實際儲能在後級電感,其功率越高鐵芯越大,但選太大,老闆的頭會大.4.繞法跟效率與EMI關係密切,當然漏感越小效率越高,問題是哪兒高,是AC90V滿載高嗎?還是AC264V25%載效率高,答案是全部都有. 至於AC90V滿載則是輸出線徑粗時效率高,原因只是歐姆定律,而AC264V25%load效率則在於Lp感量高才能將Duty拉開,而IC降頻也有推波助瀾效果. 可是漏感越好,如同原邊的老公跟次邊的老婆親密度類似,當然越多人夾越多層,最好都別穿衣服(沒有隔離銅箔檔著),那麼漏感肯定降到3%以下.只是若沒有隔離銅箔檔著,那麼原邊的Noise跑到次邊上傳出去發射在空中就是很悽慘的EMI.我以往會做三明治夾法(2原1次),而次邊兩旁2個隔離銅箔檔著,徹底將Noise檔著犧牲效率,只要繞線平整就好,後來為了Energystar2.0的四點平均效率提升,只好善用IC的抖頻而隔離同箔只留裡面一層.5.主變壓器一般使用B=VxTx10^8/AeNp計算是因為MOSFET將BulkCAP電壓通到變壓器,所以電壓固定值,Ton時間決定B.但是PFCChoke與Forward的輸出儲能Choke都是串聯在電路上,須要用IxR來取代VxT才不容易算錯
多謝林版主的精彩總結!的確是非常實用的經驗之談。
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2010-08-09 09:34
@心中有冰
下面我們開始來討論下變壓器的銅損。變壓器的銅損即變壓器繞組的損耗,包含直流損耗與交流損耗。直流損耗主要是因為繞變壓器的銅漆包線,對通過它的電流有一定的阻抗(Rdc)而引起的損耗。此電流指的是各個繞組電流波形的有效值。直流損耗跟電流大小的平方成正比。相對來說,交流損耗就復雜得多,包含繞組的趨膚效應,臨近效應引起的損耗,同樣還包括各次諧波引起的損耗。
這段時間可能會比較忙,但是帖子會繼續下去
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bode
LV.9
31
2010-08-09 09:41
@林建良
冰班竹說的非常正確,對於初學者,我給幾個建議:1.由於鐵損涉及價格,若保持競爭力情況下,我都只考慮磁滯損耗,且故意操作在距離飽和前500高斯,以免浪費.例如PC40號稱常溫4000高斯飽和,但查表在100度C下,只剩3200高斯,故我設計在2500~2800不敢再高了.萬一飽和會炸機.如此就只剩查表的工作,也就是這變壓器的鐵損會因為您設計的(磁通)(頻率)(重量)就得到損失多少鐵損.2.銅損部份因為EMI與電解電容ESR特性,一般頻率操作在65KHz,所以只要線徑小於0.6mm,則集膚效應所影響不大,因為高頻會跑表層,若線太粗則中心形同無效.若120KHz則分細線至少0.4mm以下.如此的話就可以簡單的計算I平方R就好,溫度方面以安規ClassB標準,在常溫下變壓器85度C,那麼50度C操作環境就到頂端110度C,再加10度C的溫度線誤差時,120度C是安規可接受頂線,還有另一點是電解電容只耐105度C,變壓器太燙的話,電容也會烤乾的.3.功率建議以Ae值評估,原因是必須在不飽和與價格上取平衡點,選大了貴,選小了要不圈數多時銅線燙,要不圈數少時GAP大卻造成漏感大以及Core和MOSFET燙.比如3~5W選EE13,Ae約0.185~12W選EE16~EE19,Ae約0.2~0.2410~20W選EF20~EF25,Ae約0.33~0.5125~40W選EF25~ER28或RM8~RM10,Ae約0.51~0.7840~60W選RM10PQ2625或ER35 EI40或者POT30,Ae約0.9~1.560~120W選POT33~EE4215,Ae約1.5~2.1 以上是FLYBACK架構,若是Forward其變壓器只負責傳送,實際儲能在後級電感,其功率越高鐵芯越大,但選太大,老闆的頭會大.4.繞法跟效率與EMI關係密切,當然漏感越小效率越高,問題是哪兒高,是AC90V滿載高嗎?還是AC264V25%載效率高,答案是全部都有. 至於AC90V滿載則是輸出線徑粗時效率高,原因只是歐姆定律,而AC264V25%load效率則在於Lp感量高才能將Duty拉開,而IC降頻也有推波助瀾效果. 可是漏感越好,如同原邊的老公跟次邊的老婆親密度類似,當然越多人夾越多層,最好都別穿衣服(沒有隔離銅箔檔著),那麼漏感肯定降到3%以下.只是若沒有隔離銅箔檔著,那麼原邊的Noise跑到次邊上傳出去發射在空中就是很悽慘的EMI.我以往會做三明治夾法(2原1次),而次邊兩旁2個隔離銅箔檔著,徹底將Noise檔著犧牲效率,只要繞線平整就好,後來為了Energystar2.0的四點平均效率提升,只好善用IC的抖頻而隔離同箔只留裡面一層.5.主變壓器一般使用B=VxTx10^8/AeNp計算是因為MOSFET將BulkCAP電壓通到變壓器,所以電壓固定值,Ton時間決定B.但是PFCChoke與Forward的輸出儲能Choke都是串聯在電路上,須要用IxR來取代VxT才不容易算錯

林版主深入淺出形象生動的講解,讓人受益匪淺~

建議能有加分機制,就是對于 精彩發言,可以給加分。

雖然論壇積分是虛幻的,不過還是感覺等級越高越好啊,嘿嘿~

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