正激变换器磁性元件除了变压器外,还有一个电感器,即扼流圈。一般的资料上都是从变压器开始算起的,但本人认为应该从电感器开始算起比较好,这样比较明了,思维可以比较清楚。因为正激变换器起源于BUCK变换器,而BUCK变换器,其功率的心脏是储能电感,因此,正激变换器的功率心脏是扼流圈,而不是变压器,变压器只有负责变电压,并没有其它的功能,功率传输靠得是电感。当然一般书上从变压器算起,也未尝不可,但这样算,思路不是很明确,也不容易让读者理解。下面我演示一下我的算法,希望对读者能有所帮助。
电感器的设计
首先,以滤波电感为研究对象,进行研究。在一个周期中,开关管开通的时候,滤波电感两端
正激变换器是一种常见的电力转换电路,它在电子设备中被广泛用于电压转换和电源管理。与传统的反激变换器不同,正激变换器的功率流路径直接通过电感器,而不是通过变压器来传递能量。这种设计使得正激变换器在特定的应用场景下具有优势,比如高效率和低噪声。
在正激变换器中,磁性元件起着至关重要的作用,主要包括变压器和扼流圈(电感器)。尽管许多资料都将分析起点设为变压器,但本文的作者主张从电感器开始分析,因为电感器是正激变换器的核心,类似于BUCK变换器中的储能电感,负责功率的存储和传输。变压器的主要功能则是电压转换,不具备功率传输的功能。
电感器的设计是正激变换器磁性元件设计的关键环节。滤波电感是研究的重点,因为它直接影响到输出电压的稳定性和纹波大小。在一个开关周期内,当开关管导通时,滤波电感两端的电压会升高,电流则线性增加,遵循公式 I = V * TON / L,其中 I 表示电流增量,V 是输入电压,TON 是导通时间,L 是电感值。这个电压来自变压器副边的输出。
当开关管关断时,电感器通过自身的磁场能量继续供电,电流线性下降,同样遵循 I = Vo * TOFF / L,其中 Vo 是输出电压,TOFF 是关断时间。在一个完整周期内,充电电流与放电电流相等,从而可以推导出 Vo = V * D 的关系,D 代表占空比。通过绘制电感两端的电压电流波形图,可以直观地理解这一过程。
设计电感器时,首先要确定的是电感器充电时两端的电压V,这将决定开关管的最大占空比D。设计者需要根据系统需求来设定这个电压值,从而确保变换器能够满足预定的输出电压和效率目标。电感值L的选择则需要综合考虑电流纹波、系统稳定性和效率等因素。
此外,电感器的设计还需要考虑热管理、磁芯材料选择、磁饱和问题以及封装形式等多方面因素。磁芯材料决定了电感器的磁通密度和损耗特性,而封装则影响到电感器的尺寸和散热性能。在实际设计中,通常需要通过多次迭代和仿真来优化这些参数,以实现最佳的性能和成本平衡。
总结来说,正激变换器磁性元件的设计是一个涉及多方面因素的复杂过程,包括电感器的电压电流特性分析、占空比计算、磁芯选择以及热设计等。理解并掌握这些基本原理对于高效、稳定的电源系统设计至关重要。