TA的每日心情 | 无聊
2015-2-5 09:31 |
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签到天数: 1 天 连续签到: 1 天 [LV.1]初来乍到
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首先我们先考虑一个理想变压器模型
为什么要先考虑理想变压器模型呢?因为这样，我们可以撇开一些影响很小又很难量化的东西.导出一般规律.给出工程适用解.不要试图求出解析解--以目前的制造工艺而言,这根本没有意义. 理想变压器的磁芯的μ→∝,一二次磁链完全偶合,无漏感.磁芯不会饱和.
则
e=dλ/dt=N1*dφ/dt=N1*Ae*dΦ/dt
则∫udt=N1*ΔΦ*Ae即输入电压对时间的积分=匝数*磁芯截面积*磁通密度变化量
这里的电压对时间的积分就是我们通常所谓的伏秒积.因为电压的SI单位是V,时间的SI单位是s.
在PWM电路里边，电压一般都是方波,这样，对方波的积分就变成输入电压*导通时间.实际上，导通时间就是我们的开关周期*占空比.这里要保证最大占空比下磁芯不能饱和.所以,一般都取开关频率的倒数---开关周期(那就是占空比是1).ΔΦ是磁通密度变化量.注意这里有个"Δ",这意味着,不管你初始磁密是多少，要感应出这么高的电压，必定要增加(或减少)这么多的Φ.这里就有个问题,如果初始磁密不是0或负,而是一个与ΔΦ同向的话,那么总磁密将是ΔΦ+Φ.设计上要保证ΔΦ+Φ≤Bm.不然就会发生磁芯饱和.这里就是为什么单向励磁的拓扑结构要给磁芯复位的原因.而对于双向励磁的结构,除了半桥外,也存在此类问题.因为所加的伏秒积不等(一正,一负的绝对值不等)容易导致支流偏磁而饱和.因为电容可以隔离直流,所以被用来平衡伏秒积.但是有产生均压问题.不过相对好解决很多。
好了。说到这里,变压器的输入参数就差不多了。首先，我们根据输入的电压，最大导通时间以及选定材料的Bm就可以知道,线圈匝数N和磁芯的截面积Ae是反比函数.而这里,理论上,你可以考虑一匝线圈和很大的Ae--这就是平面变压器\薄膜变压器的结构.但是我们通常使用的时候要考虑经济成本问题.所以匝数不能很少.少了就要求有很大的Ae ,也不能过多,多了就要有很大的窗口面积,不然放不下绕组.这就是为什么许多变压器设计书中说的用Ae(截面积)*Aw(窗口面积)去选择磁心的原理.其次,变压器作为能量传递的中间媒介,它又必须有足够的功率窗口去容纳这么多能量的通路.----简单说，就是导线和超导导线的区别.
好了，这里我们把一些省略的东西拣起来看看,那些要考虑，那些可以忽略.
首先,漏感,这个东西--通常影响很大,量很小。所以一般都不考虑。只是从工艺上尽量减少,设计上尽量多加措施.当然，有些拓扑结构是利用漏感的.那不在此列.分布电容--在频率很小的时候,也可以忽略--一般说几百K的频率可以不考虑.然后就是磁芯的特性了。这个鬼东西,就它事多.首先来说，它的μ不是∞.一般在2500--3500之间,也有少的，也有多的.一般常见的R2KB磁芯就是这个级别的。我们就说它好了。最可恨的是它的μ(相对磁导率--跟自由空间--真空比较)随H变化.所以电感要加气隙,就是为了减少它的影响.然后是矫顽问题.我们把一个慈心磁化后，在撤去磁化磁场，磁芯的磁通不是回到零,而是一个非零值.这个叫Br称剩余磁通密度.剩余磁通密度才是我们工作的0点!!!然后,如果是双向磁化,还要从这个非零的磁通变成负(反方向)磁通.这需要消耗能量.所以就有各个不同种类磁芯在不同频率和不同磁化强度下有不同的功率耗散.而这个耗散功率一般很难散出去.这就是说,对于给顶的频率，功率,磁心不可以小过一定体积,不然磁心会超过正常工作的温度.哈，说到温度，又来了，μ也和温度有关。基本上就是温度高了就下降.磁心损耗也会更大。对于非晶态材料来说,如果温度达到晶化温度，它材料内部的非晶体结构回重新结晶---就失去非晶材料的特性了。磁心就彻底报废了。这个要注意.就跟钢退火一样。
好了。基本上，就是这些.
这里，我们总结一下,首先,用你的方法去确定用什么样的磁心--参考一些资料里的AeAw方法.当然，理论依据是前面提过的单位体积磁心材料在给定频率,给定磁密下的损耗.以及热阻和工作环境温度，温升之间的关系.
然后根据方程E=dΨ/dt=N*Ae*dB(Bm-Br)/dt推出U*Ton=N*Ae*ΔB(单向励磁是Bm-Br,双向励磁是2*(Bm-Br)).算出匝数N.根据变压器公式N1/N2=U1/U2,求出次级匝数.
其中,U的单位是伏特,Ton的单位是秒,N的单位是匝,Ae的单位是平方米,ΔB的单位是特斯拉.1特斯拉=1000毫特斯拉.
这里还有一个困惑我还没搞懂.就是上面的公式里,最后推出的匝数计算方程是
N=U*Ton/(Ae*ΔB)而我看到的书上的资料有一种说法是N=U*Ton/4(Ae*ΔB)---不知道是什么原因.有机会做个尝试.
当然这里的变压器设计方法只是我的一点感受.大家可以参考,如果做出99%效率的电路,别忘记俺楚天曾经在这里瞎说过一通.要是爆了管子---朋友啊,朋友,请你忘记我,忘记我.嘿嘿. |
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发表于 2007-7-4 14:07:45
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