電源適配器機(jī)構(gòu)規(guī)范對變壓器尺寸的影響

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電源適配器機(jī)構(gòu)規(guī)范對變壓器尺寸的影響

品字尾電源適配器機(jī)構(gòu)規(guī)范對變壓器尺寸的影響
為滿足電源適配器絕緣和蠕變距離要求，即滿足UL和VDE規(guī)格的要求，電源適配器在高頻時(shí)很難實(shí)現(xiàn)更小的變壓器尺寸。所規(guī)定的蠕變距離為4~8mm（離線應(yīng)用時(shí)原邊繞組和副邊繞組的最小距離），該值即使在高頻變壓器中也必須保持不變。這導(dǎo)致很差的窗口利用率和漏電感的增加，在采用小磁心時(shí)尤為明顯。這些規(guī)范使得所要選擇的磁心尺寸要遠(yuǎn)大于只考慮電氣和溫升要求時(shí)所需要的磁心尺寸。

原邊繞組匝數(shù)的計(jì)算
一旦選擇好磁心的尺寸大小，那么一定要確定原邊繞組的匝數(shù)以獲得最優(yōu)效率。為最小化銅損耗，趨向于使用盡可能少的繞組匝數(shù)。但是，假設(shè)頻率和電壓一直保持常數(shù)，原邊繞組匝數(shù)越小，磁心材料所需要的磁通密度擺幅越大。在極限情況下，磁心將會(huì)飽和。減少繞組匝數(shù)和增加磁通密度擺幅所帶來的第二個(gè)影響是使磁損耗增加到某一點(diǎn)，并且此時(shí)磁損耗占絕大部分損耗。
如先前所闡述，在銅損耗和磁損耗相等或幾乎相等時(shí)，效率才能達(dá)到最優(yōu)。推挽式壓器工作在高頻時(shí)，為達(dá)到最優(yōu)效率的要求，必須確定最大的磁通密度擺幅和最少的原邊繞組匝數(shù)。此類設(shè)計(jì)被稱為磁損耗限制設(shè)計(jì)。
在低頻范圍時(shí)，尤其對于單端變換器，磁損耗遠(yuǎn)小于銅損耗，能限制最少原邊繞組數(shù)的因素可防止磁心飽和。此類設(shè)計(jì)被稱為飽和限制設(shè)計(jì)。
無論如何都要避免磁心的飽和。原邊繞組在飽和區(qū)域時(shí)其阻抗將會(huì)降低且接近繞組直流繞組阻值。低電阻使得具有破壞性的高電流流入變壓器的原邊繞組，不可避免地造成原邊開關(guān)元件的燒毀。
由于開關(guān)型變換器原邊波形為方波或準(zhǔn)方波，根據(jù)法拉第定律，變壓器標(biāo)準(zhǔn)公式的變換式可將原邊或副邊繞組的匝數(shù)同磁心參數(shù)和變壓器工作參數(shù)聯(lián)系起來。在這個(gè)新公式中，匝數(shù)同伏秒值關(guān)系如下所示：

其中，N=原邊繞組；
V=當(dāng)開關(guān)設(shè)備處于導(dǎo)通時(shí)期時(shí)，加在繞組上的直流電壓
t=半周期中導(dǎo)通周期，單位為us
△B=峰值磁通密度，單位為T；
Ac=磁心橫截面積，單位為mm2。
注意：在飽和限制設(shè)計(jì)中，最小磁心面積A應(yīng)該能防止任何部分磁心的飽和。在磁損耗限制設(shè)計(jì)中，有效磁心面積A。將能更準(zhǔn)確地反映整體磁損耗。
在穩(wěn)態(tài)條件下，每個(gè)周期都是相同的，且能根據(jù)單獨(dú)的一個(gè)周期來定義工作參數(shù)。從上面公式可以看出，原邊繞組的匝數(shù)N同原邊繞組電壓V和加在原邊繞組上電壓的時(shí)間t成正比，與磁通密度擺幅△B和磁心橫截面積A。成反比。
這樣看起來，只要在公式中插入一個(gè)恰當(dāng)?shù)某?shù)，那么確定原邊繞組匝數(shù)就顯得相當(dāng)容易。但是，在選擇常數(shù)過程中出現(xiàn)了更復(fù)雜的因素。
在一些電壓控制變換器電路中，在啟動(dòng)或瞬時(shí)操作下，原邊繞組的最大電壓可能發(fā)生在最大的導(dǎo)通時(shí)間點(diǎn)。如果采用這類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變換器，為防止磁心的飽和，在利用公式計(jì)算原邊繞組的匝數(shù)時(shí)必須要采用最大的原邊繞組電壓值和最大的導(dǎo)通時(shí)間。
如果采用電流控制變換器，則可控制開始時(shí)的磁心飽和，且在最大的導(dǎo)通時(shí)間點(diǎn)原邊電壓值最小，從而在計(jì)算原邊繞組時(shí)采用最大的導(dǎo)通時(shí)間和最小的原邊電壓值。這使得利用飽和限制設(shè)計(jì)法求得的匝數(shù)較少。
在一些占空比控制的系統(tǒng)中會(huì)用到原邊輸入電壓前補(bǔ)償、原邊繞組的快速限流或者變換比率控制。在這些情況下，與電流型控制相同的條件可以用在變壓器設(shè)計(jì)中。
在推挽式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，磁心飽和發(fā)生在啟動(dòng)操作時(shí)。在前半周期內(nèi)的磁通擺幅僅僅出現(xiàn)在B／H曲線的第一象限或第三象限。當(dāng)電源適配器原先是斷開的時(shí)，磁心恢復(fù)到剩余磁通B，點(diǎn)附近。除非事先已做好相應(yīng)的防范措施，在開始的幾個(gè)工作周期里限制了磁通量的擺動(dòng)范圍（軟啟動(dòng)）或者采用了電流型控制，否則推挽式變壓器在開始的半周期內(nèi)會(huì)飽和（即所謂的“磁通雙倍效應(yīng)”）。如果未采用軟啟動(dòng)或電流型控制，那么所設(shè)計(jì)出來的變壓器磁通擺幅會(huì)減少，但原邊繞組匝數(shù)會(huì)增加。由于推挽式變壓器的磁通密度相對較大，為實(shí)現(xiàn)效率的提高必須采用恰當(dāng)?shù)能泦?dòng)方法、變換比率控制或者是電流控制技術(shù)完全以防止磁心在啟動(dòng)期間飽和。
必須記住的是，穩(wěn)態(tài)情況下的推挽式變壓器，其磁通密度的擺幅可以從正的第一象限擺動(dòng)到負(fù)的第三象限，相比于單端變壓器磁通量擺動(dòng)范圍擴(kuò)大了一倍。在理想情況下，這樣會(huì)減少一半的原邊繞組匝數(shù)，并且能提高變壓器的效率。在實(shí)際情況中，不大可能利用全部的磁通密度擺幅，因?yàn)楸仨毩舫鲆欢ǖ脑６裙﹩?dòng)或瞬時(shí)操作，并且在高頻環(huán)境下磁通量擺動(dòng)范圍受限于磁損耗。
對于磁損耗受限的應(yīng)用，采用N27型或類似的變壓器鐵粉磁心材料和圖推薦的磁通密度擺幅，以此作為設(shè)計(jì)的初始條件。對于其他磁心材料，根據(jù)規(guī)定的溫升來計(jì)算總損耗。選定一磁通密度擺幅，其產(chǎn)生的磁損耗為總損耗值的1／2（最優(yōu)設(shè)計(jì)中，另外一半損耗為銅損耗）。制造商的磁心材料損耗曲線中將會(huì)提供磁損耗和磁通密度擺幅的相關(guān)信息，從面可確定最優(yōu)的磁通密度擺幅。
考慮到這些方面后，將合適的常數(shù)帶入方程中即可求得原邊繞組的匝數(shù)

空氣凈化器電源適配器副邊繞組匝數(shù)的計(jì)算

原邊繞組匝數(shù)已經(jīng)求得，副邊繞組的匝數(shù)可通過原副邊繞組電壓比值求出。在降壓派生型變換器中，副邊電壓將會(huì)大于由占空比所確定的輸出電壓。且必須考慮到二極管壓降和扼流圈壓降。這些計(jì)算主要為了求出最小的輸入電壓和最大的脈沖寬度。有時(shí)必須對原邊繞組作一些調(diào)整來消除部分副邊繞組，在飽和受限設(shè)計(jì)當(dāng)中，原邊匝數(shù)必須被調(diào)整到大于原值的接近的整數(shù)匝數(shù)。

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.12.10 來源：電源適配器廠家

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