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根据第三个假改,次级峰值电流正比于初级电流,比例系数为初级与次级匝比: 为简化符号,在以下正弦量的相角用 同时所有与瞬时电网电压有关的量将是B的函数,代替时间函数 定时关系 功率开关导通时间表示为 其中一变压器初级电感。 式()表示在整个半周期内是常数,与断续模式变换器完全相同。而截止时 间是可变得: 其中一次级线圈电感; (0)一次级峰值电流瞬时值 变换器的直流输出电压(假定是稳定的) 输出二极管正向压降 因为系统工作在临界连续模式,导通时间与截止时间之和等于开关周期 其中 称为反射电压 开关频率 ,所以,随着电网电压瞬时值变化 在正弦波的峰值(0)=1)达到最小值 为保证正好工作在临界连续模式,在最低电网电压计算的是式()值必须大 内 部启动器频率(≈)。为达到此要求,应适当选择初级电感值不超过以上的限制。 实际上,为减少变压器尺寸,通常选择最小频率远高于,就是说 ,或更高 以使得需要的不需要严格的公差。 占空比是导通时间与开关周期的比值,它随瞬时电网电压改变(因为变化),式() 除以开关周期 Secondary current k Primary cIrrent peak envelope 式()和()分别表示和,特别是 输入高压,趋」零时可以简化。在实际电路工 作中,必须考虑不可能低于一个最小量,周 期也是如此。此最低值(典型为 )由 内部延迟加上 截止延迟。 pnmary current 当达到此最小值时,每个周期存储的能量短 时冋超过负载需要的能量。于是控制环咯使得某 些周期丢失,以维持长时间能量的平衡。当负载卫几几x 这样低,需要丢失许多周期,漏极屯压振铃幅值 图高反敷电流波形 如此小,以至于不能触发 的功能块 在这种情况下,内部启动器将开始一个新的开关周期 某些情况占空比与此相似,式()中当电网电压过零时θ≡就是如此。实际电路中存 在许多寄牛效应引起和不遵循式()和()。但对整个工作的影响是可以忽略的, 因为在过零处处理的能量非常小 下面,将用表小峰值电压与反射电压之比: 能量关系 除了周期之外,以上表示为时间关系的所有公式与传递的功率有关,就是表示在以上方 程中的,即在初级正弦波电压峰值时的初级峰值电流 下面的关系将与输入功※联系在起,并用以说明吋间关系和计算所有环路电流。 初级电流是三角形并仅在开关导通时间流通,如图中三角波。正如先前公式() 所描述的,在每个半周期,这些三角波的高度随瞬时电网电压变化: 它们的宽度是常数,但它们其余时间随式()给出量改变。 请注意初级“”时间刻度,整流桥以后的电流(θ)是整个开关周期每个三角波的平 均值(图中粗黑线) 在图中示出不同一个周期的偶函数关系,两倍于电网频率,因为是桥式整流,没 有负的。相反,从电网抽取得电流是式()的奇函数,以电网频率变化,如图所示 实际上,可以认为滤波作用消除了整沇桥前屯流的开关频率分量,以至于主电网可以看 作仅是平均值。刈于 电流是正弦波,但随增加,电流偏离理想正弦波愈严重。因 为不是(反射电压需为为无穷大)反激变换器即使在理想情況下也不能达到功率因数 和 变换器不同。 为了简化以下的计算,在考虑的∈m由中可以消除绝对值,并且,假定不 同的函数定义为奇或偶,与其物理规律有关。 L,75 F2 05 在整 图初级电流 图电网电流 在整个电网半周期内可以计算输入功率为θ×θ的平均值: 引出以下的函数是有利的 以不同变量的作为函数图如图所示。 虽然式()的积分存在接近的形式,但不是很 方便的,而对于实际应用,更加方便提供一个‘最 好拟合’近似 式()考虑到式(),可以计算: U123456"g1 图高反激特征函数:图 它是假定最小电网电压最大值。 用」估算初级功率损耗总初级电流的有敚值,考虑到每个三角波电流冇效值,并在 电网频率半周期内平均计算如下 用以区别变压器中直流和交流损耗的初缴电流的直流分量,是(θ)在整个电网半周 期的平均值 考虑以下的函数 式()可以重新写为 07p 0.5 ()实际应用时,用以下公式最好近似拟合, 「1(x 而不是精确表达式 67910 图高反激特征函数:图 至于次级电流0,它是一系列与初级电流互补的三角波(图中白色)。它是两倍电 网频率再次在整个廾关周期内平均: 像初级电流(式())一样,式()也是没有负的周期偶函数。 按照假设), 考虑更加实际情况,(次缴峰值电流稍微小」,这是因为变压 器损耗和其它非珅想),可能由变换器输岀电流直流值来的它是设计资料之一。 式()的平均值在一个电网半周期对平均,可以得到 次级总有效值电流计算如下: 现在将导出高反激变换器第个特征函数 用此定义,可将式()表示为 对」初级和次级边,电流的交流分量可以用通用 0.1 的关系计算 2345673910 图高反激特征函数: 功率因数和总谐波失真 在假设电网电压止弦波的情况下,功率因数可衣达为 其中一有功功率; 视在功率 电网电压有效值; 基波电流有效值(与电压同相) 输入电流有效值() 可以计算式()分子 值得注意的是≠。实际上,由于开关频率,式()也包含能量分配,而式() 并且因此还有一仅提供频率量。是有效值(),定义为 将式()和()带入(),得到的理论衣达式(注意到仪与有关)。在 图中指出如何保持十分接近对于实际应用,可以近似表小为 很明显是非常不理想的,在定时调节一节中提到,实际比式()的理论值要低,特 别是在髙输入电压轻载时更是如此 电网电流总谐波失真定义为 THD% 32 K 24 16 其中 是次湝波的有效值。仍假 34567910 定电网输入电压是纯正的正弦波,与功 率因数的关系为 图高反激变换器理论功率因数 图示出了与的关系。对于给 定的反射电压,当电网电压建立时,失真减 THD% 变压器 变压器设计是一个复杂的过程,包含以 下几个步骤:选择磁心材料和几何形状,决 定最大峰值磁通密度(是磁芯饱和还是损耗 01234567910 限制),决定磁芯尺寸,决定初级和次级线圈 图 与关系 (匝数和导线规格),以及计算达到要求的电 感需要的空气隙。此外,还要考虑满足安全要求的合理组装,磁耦合最好和最小高频寄生效 应,这里还没有提到特定应用一些限制。 开始设计变压器需要一些参数。初级(最大)电感由式()计算如下: 或简单从图求得,图中输入功率不同和两种典型输入电压,初级电感与频率 关系。图纵坐标为,被最大输入功率除,得到给定应用的实际初级电感量。 初次级匝比计算如下 在能量关系节中计算了电流峰值和有效值,设计可以和·般反激变压器样进行,不 110vac or Wide-range Mains ovac Mains 65 200 KomIn=0.5 γmn一 1.5 1.5 100 25 25 2°10 5·10 6"10 2·10 10 fsw min [Hzl 图初级需要的最大电感 必考虑特别的步骤。 总之,作为用来选择磁芯,需要决定最低要求磁芯血积乘积(线圈窗口血积乘以磁芯有 效截面)两个公式: 式中和是磁芯磁滞和涡流损耗有关的函数,近似拟合公式分别如下: 和 公式()是假定磁芯中最大峰值磁通 密度受磁芯饱和限制,而所有变压器损耗集81…小 K=2 中在线圈上:公式()假定磁芯损耗限制 磁通密度摆幅,同时总损耗包含碰芯损耗和 =25 线圈损耗各一半 两个公式公同假设为: 1+104311a2 4 材料为典型的功率铁氧体(非利 EsamE 普 西门子或相似规图应用于所需的最小变压器 格),饱和磁通密度在以上; 窗口利用系数为即铜线占窗口总面积%,其余是绝缘,爬电距离,安全间 隙占据的空间; 初级和次级导线与相等的有效值电流密度成比例; 磁芯和或铜损耗引起℃热点温升(没有強迫通风); 在考虑到频率范围,忽略集肤和临近效应 对」给定使用两个公式(用最低电压卜)试算,并取结果的最高值。在此功率 水平, ,以磁芯损耗选择磁芯。 在图中,由式(),()计算的较高值画出不同值与的关系。考虑输 出功率,预计效率 箝位网络 通常用网络限制由于变压器漏感引起的过电压尖峰,如图所示。如果在轻载时, 希望最小功率损耗,采用稳压二极管(或瞬态抑制管)箝位(图)可能有好处。 考虑箝位,假定一个过压值Δ这样来选择电礻(习惯上选择整流电压的一半), 截止时绝不能超过 电压定额。由能量平衡关系,可以得到 其中一漏感,如果工艺上保证,它是初级电感的 图 箝位 电容吸收最大电流尖峰,并因此它应当是很低的聚 丙烯或聚苯乙烯薄膜电容。 在每个开关周期开始时电容上电压决不要低于整流 电压来选择最小电阻 图稳压管(瞬态抑制管)箝位 电阻的功率定额用整流电压和漏感能量来估算 阻断二极管不仅是很快恢复型,而且还应当很快导通时间。事实上,瞬态正向导通压降 产生个尖峰,超过Δ,这必须很小。二极管的重复峰值电沇定额应等于,同吋击穿电 压大于 如果使用稳压管或瞬态抑制管,箝位电压近似为击穿电压。事实上,峰值电流十分小, 由于动态电阻的过压可以不计。击穿电压考虑温升的漂移将是 稳态功率损耗必须至少为 这里不设及它的峰值功耗,因为定义功脉冲(典型漏感去磁小于1) 作为阻断二极管,和 样要加上。 输出电容 输出电容用来克服次级电流动交流分量(参看图)。 此外,为达到合理高的,电压控制环路是很慢的(典型带宽低于 )因此,在输 出电容上出现很大的电压纹波。此纹波是二次谐波 它与髙频三角波有关,并几乎完全由输出电容的决定,而电容抗纹波可以忽略。出 现的正弦波峰点最大幅值为 纹波的二次分量与两倍电网频率包终有关,同时不像高频分量取决于电容量大小,而 压降可以忽略。 为了计算此分量的幅值,仅考虑式()的基波分量,两倍电网频率,实际上,高次谐 波(偶次)的幅值非常小,电容阻抗随频率增高减少。 按照傅立叶分析,式()基波(峰值)分量为 于是定义以下函数 可以表小为 因为积分结果是负值,需要取式()绝对值,因为谐波反相°。最后,低频输出纹 波峰峰值为

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yb3215551 这个不错 可惜就是内容少了点
2012-06-16
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