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【原創(chuàng)】反激變壓器設(shè)計(jì)優(yōu)化討論---損耗

反激變壓器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)原邊繞組將電能轉(zhuǎn)為磁能并存入磁芯,副邊繞組將存儲(chǔ)在磁芯的能量釋放負(fù)載。因繞組有原副邊之分,我們就稱之為反激變壓器。

反激變壓器的寄生參數(shù)模型:

 

Np:原邊繞組,Ns:副邊繞組,Rp:原邊繞組的交直流電阻,Rs:副邊繞組的交直流電阻,Lps:原邊漏感,Lss :副邊漏感,Cp:原邊的分布電容,Cs:副邊的分布電容,Cps:原副邊之間的寄生電容。

根據(jù)反激變換器的工作原理,開關(guān)導(dǎo)通期間原邊繞組有梯形波電流流過,副邊繞組無電流,故Rp就是原邊的直流電阻與只有集膚效應(yīng)的交流電阻的等效電阻。同理,Rs也是副邊的直流電阻與只有集膚效應(yīng)的交流電阻的等效電阻。在原副邊繞組Rp、Rs上的損耗是變壓器主要損耗之一,也是變壓器溫度上升的根源之一,所以要盡可能的小。

磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小。但還要知到,原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小。因?yàn)榧w效應(yīng)的影響,很難保證原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗,因此,當(dāng)兩者有小于20%的差異時(shí),是比較現(xiàn)實(shí)的,也是能夠接受指標(biāo)。要想減小原副邊繞組的Rp、Rs,一方面要減小原副邊導(dǎo)線的直流電阻,既要選用橫截面積更大的導(dǎo)線或銅箔,另一方面要盡量減小集膚效應(yīng)的影響,可采用多股線并繞的方式予以解決。

 

 

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yhtfeel
LV.7
2
2012-08-20 16:38
為什么原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組總損耗最小?
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隋晶
LV.4
3
2012-08-21 12:33
@yhtfeel
為什么原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組總損耗最???
能量平衡啊,如果不是這樣,銅損是不相同的,磁損是固定的,不考慮肌膚效應(yīng),只考慮導(dǎo)線的R。
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yhtfeel
LV.7
4
2012-08-21 13:05
@隋晶
能量平衡啊,如果不是這樣,銅損是不相同的,磁損是固定的,不考慮肌膚效應(yīng),只考慮導(dǎo)線的R。
呵呵,那你說原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗,總損耗小?還是在這個(gè)相同的基礎(chǔ)上,我把副邊繞組損耗再減小點(diǎn),總損耗???
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隋晶
LV.4
5
2012-08-21 13:18
@yhtfeel
呵呵,那你說原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗,總損耗小?還是在這個(gè)相同的基礎(chǔ)上,我把副邊繞組損耗再減小點(diǎn),總損耗?。?/span>

在此基礎(chǔ)上,減小原副邊的R,可以將損耗再降低一點(diǎn)。

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yhtfeel
LV.7
6
2012-08-21 13:36
@隋晶
在此基礎(chǔ)上,減小原副邊的R,可以將損耗再降低一點(diǎn)。
呵呵,那就是說盡量減小唄!你說的鐵損和銅損上的平衡,我覺得很有道理!
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隋晶
LV.4
7
2012-08-21 16:13
@yhtfeel
呵呵,那就是說盡量減小唄!你說的鐵損和銅損上的平衡,我覺得很有道理!
歡迎指正!有空順便去我的設(shè)計(jì)大賽帖子頂一下哈,謝謝啦!
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2012-08-21 16:19

“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小。”

“原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小?!?/span>

以上這兩句話都是錯(cuò)的

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隋晶
LV.4
9
2012-08-21 16:22
@世界真奇妙
“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小?!薄霸吚@組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小。”以上這兩句話都是錯(cuò)的
請(qǐng)高手指點(diǎn)
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yhtfeel
LV.7
10
2012-08-21 16:41
@世界真奇妙
“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小?!薄霸吚@組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小?!币陨线@兩句話都是錯(cuò)的
這兩句話說的很絕對(duì)!其實(shí)就是追求平衡,不一定相等,咱們明白他表達(dá)的意思就OK!
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隋晶
LV.4
11
2012-08-21 16:44
@yhtfeel
這兩句話說的很絕對(duì)!其實(shí)就是追求平衡,不一定相等,咱們明白他表達(dá)的意思就OK!
實(shí)際是很難做到的。
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yhtfeel
LV.7
12
2012-08-21 18:29
@隋晶
[圖片]實(shí)際是很難做到的。
嗯!經(jīng)驗(yàn)加不斷的實(shí)驗(yàn)!呵呵
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2012-08-23 09:13
@世界真奇妙
“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小?!薄霸吚@組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小?!币陨线@兩句話都是錯(cuò)的

1.  “磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小?!钡膯栴}

磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系。磁芯損耗主要是渦流損耗,基本取決于磁芯材質(zhì)。采用優(yōu)質(zhì)磁芯,一般磁損可大大小于銅損。

2.  “原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小。”的問題

請(qǐng)看設(shè)計(jì)實(shí)例

輸入AC220V,輸出12V5A,效率約85%,輸入功率70W,輸出功率60W

變壓器EC28X34,取匝比6:1,變壓器工作狀態(tài):儲(chǔ)能/釋放儲(chǔ)能=300(初級(jí)電壓)/6(匝比)/13(變壓器次級(jí)電壓)=3.846

MOS管導(dǎo)通占空比=1/3.846+1=20%

設(shè):初級(jí)直流供電電壓DC300V,銅的電阻率0.017

初級(jí)I(平均電流)=70W/300V=0.2333A,I(導(dǎo)通時(shí)平均電流)=0.2333/0.2=1.1665A。

初級(jí)取48T,匝比6:1,次級(jí)取8T

初級(jí)線徑:取5A/平方毫米,0.2333/5=0.04667,取0.05平方毫米

初級(jí)銅損:線長=15毫米1匝的直徑)*3.14*48/1000=2.262,電阻=0.77,銅損=1.1665*1.1665*0.77*20%=0.21W

銅線體積:2260(長度)*0.05(截面)=113(立方毫米)

 

次級(jí)銅線:取5A/平方毫米,截面=5/5=1平方毫米

次級(jí)銅損:線長=15毫米*3.14*8/1000=0.377,電阻=0.377*0.017=0.0064,次級(jí)輸出占空比0.8,I(次級(jí)輸出導(dǎo)通時(shí)平均電流)=5/0.8=6.25A;銅損=6.25*6.25*0.0064*80%=0.2W

銅線體積:337*1=337立方毫米

 

結(jié)論:(僅適合于本設(shè)計(jì))

1.  初次級(jí)取相等的電流密度,銅損基本相等

2.  如果變壓器設(shè)計(jì)成初次級(jí)銅損相等,次級(jí)所用銅線體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初級(jí)。

3.  所以變壓器應(yīng)該設(shè)計(jì)為初級(jí)銅損小于次級(jí)銅損,變壓器總銅損才是較小的

 

 

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yhtfeel
LV.7
14
2012-08-23 13:53
@世界真奇妙
1. “磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小。”的問題磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系。磁芯損耗主要是渦流損耗,基本取決于磁芯材質(zhì)。采用優(yōu)質(zhì)磁芯,一般磁損可大大小于銅損。2. “原邊繞組損耗等于副邊繞組損耗時(shí),繞組的總損耗才最小?!钡膯栴}請(qǐng)看設(shè)計(jì)實(shí)例輸入AC220V,輸出12V5A,效率約85%,輸入功率70W,輸出功率60W變壓器EC28X34,取匝比6:1,變壓器工作狀態(tài):儲(chǔ)能/釋放儲(chǔ)能=300(初級(jí)電壓)/6(匝比)/13(變壓器次級(jí)電壓)=3.846,MOS管導(dǎo)通占空比=1/(3.846+1)=20%設(shè):初級(jí)直流供電電壓DC300V,銅的電阻率0.017初級(jí)I(平均電流)=70W/300V=0.2333A,I(導(dǎo)通時(shí)平均電流)=0.2333/0.2=1.1665A。初級(jí)取48T,匝比6:1,次級(jí)取8T。初級(jí)線徑:取5A/平方毫米,0.2333/5=0.04667,取0.05平方毫米初級(jí)銅損:線長=15毫米(1匝的直徑)*3.14*48/1000=2.262米,電阻=0.77,銅損=1.1665*1.1665*0.77*20%=0.21W銅線體積:2260(長度)*0.05(截面)=113(立方毫米) 次級(jí)銅線:取5A/平方毫米,截面=5/5=1平方毫米次級(jí)銅損:線長=15毫米*3.14*8/1000=0.377米,電阻=0.377*0.017=0.0064,次級(jí)輸出占空比0.8,I(次級(jí)輸出導(dǎo)通時(shí)平均電流)=5/0.8=6.25A;銅損=6.25*6.25*0.0064*80%=0.2W銅線體積:337*1=337立方毫米 結(jié)論:(僅適合于本設(shè)計(jì))1. 初次級(jí)取相等的電流密度,銅損基本相等2. 如果變壓器設(shè)計(jì)成初次級(jí)銅損相等,次級(jí)所用銅線體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初級(jí)。3. 所以變壓器應(yīng)該設(shè)計(jì)為初級(jí)銅損小于次級(jí)銅損,變壓器總銅損才是較小的  

對(duì)于第一點(diǎn),磁芯損耗與銅損沒多大關(guān)系之說提出不同意見!磁芯損耗與最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和開關(guān)頻率關(guān)系比較密切,當(dāng)然與材料也有很大關(guān)系,但是如果Bmax和開關(guān)頻率都很大的情況下,材料再好也損耗很大,反過來Bmax和開關(guān)頻率都很小,即便是材料很差,損耗也大到哪去!所以現(xiàn)在考慮在相同材料下,當(dāng)你設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候,如果Bmax設(shè)置的很大,那么必然引起原邊匝數(shù)會(huì)很小,所以帶來的結(jié)果是磁芯損耗很大,銅損很?。≡偃绻_關(guān)頻率很大,那么電流必然減小,即磁芯損耗很大,銅損很?。。ㄈ绻枪潭l率,當(dāng)我沒說)

所以結(jié)果:平衡磁芯損耗和銅損,能得到最大變壓器效率!當(dāng)然,材料好自然也可以提高效率。

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2012-08-23 14:55
@yhtfeel
對(duì)于第一點(diǎn),磁芯損耗與銅損沒多大關(guān)系之說提出不同意見!磁芯損耗與最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和開關(guān)頻率關(guān)系比較密切,當(dāng)然與材料也有很大關(guān)系,但是如果Bmax和開關(guān)頻率都很大的情況下,材料再好也損耗很大,反過來Bmax和開關(guān)頻率都很小,即便是材料很差,損耗也大到哪去!所以現(xiàn)在考慮在相同材料下,當(dāng)你設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候,如果Bmax設(shè)置的很大,那么必然引起原邊匝數(shù)會(huì)很小,所以帶來的結(jié)果是磁芯損耗很大,銅損很??!再如果開關(guān)頻率很大,那么電流必然減小,即磁芯損耗很大,銅損很?。。ㄈ绻枪潭l率,當(dāng)我沒說)所以結(jié)果:平衡磁芯損耗和銅損,能得到最大變壓器效率!當(dāng)然,材料好自然也可以提高效率。

不要在理論上爭辯,你做個(gè)電源試試就明白了,現(xiàn)在的優(yōu)質(zhì)磁材實(shí)際磁損很小,只要磁芯適合使用的開關(guān)頻率,實(shí)際磁損就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。變壓器的主要損耗就是銅損。

如果你一定要用只適合做50K開關(guān)頻率的磁芯,工作在100K,那就是不講道理。

至于B的取值,因一般要在磁芯100℃時(shí)不飽和,B必須小于或等于0.3T。

實(shí)際上即便是工作在50赫茲的工頻變壓器也是如此,工頻變壓器所使用的冷扎硅鋼片也有品質(zhì)之分,0.5毫米厚的冷扎硅鋼片比0.35毫米厚的磁損明顯高,如果采用有取向硅鋼片(片厚0.3或更?。?,磁損就更小。大型電力變壓器都使用有取向硅鋼片,磁損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。

所以說:磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系

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2012-08-23 15:33
@世界真奇妙
不要在理論上爭辯,你做個(gè)電源試試就明白了,現(xiàn)在的優(yōu)質(zhì)磁材實(shí)際磁損很小,只要磁芯適合使用的開關(guān)頻率,實(shí)際磁損就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。變壓器的主要損耗就是銅損。如果你一定要用只適合做50K開關(guān)頻率的磁芯,工作在100K,那就是不講道理。至于B的取值,因一般要在磁芯100℃時(shí)不飽和,B必須小于或等于0.3T。實(shí)際上即便是工作在50赫茲的工頻變壓器也是如此,工頻變壓器所使用的冷扎硅鋼片也有品質(zhì)之分,0.5毫米厚的冷扎硅鋼片比0.35毫米厚的磁損明顯高,如果采用有取向硅鋼片(片厚0.3或更?。艙p就更小。大型電力變壓器都使用有取向硅鋼片,磁損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。所以說:磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系
如果一定要設(shè)計(jì)成磁損與銅損相等,肯定能夠做到,肯定性價(jià)比很差??隙ㄐ枰獌?yōu)化。
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yhtfeel
LV.7
17
2012-08-23 15:40
@世界真奇妙
不要在理論上爭辯,你做個(gè)電源試試就明白了,現(xiàn)在的優(yōu)質(zhì)磁材實(shí)際磁損很小,只要磁芯適合使用的開關(guān)頻率,實(shí)際磁損就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。變壓器的主要損耗就是銅損。如果你一定要用只適合做50K開關(guān)頻率的磁芯,工作在100K,那就是不講道理。至于B的取值,因一般要在磁芯100℃時(shí)不飽和,B必須小于或等于0.3T。實(shí)際上即便是工作在50赫茲的工頻變壓器也是如此,工頻變壓器所使用的冷扎硅鋼片也有品質(zhì)之分,0.5毫米厚的冷扎硅鋼片比0.35毫米厚的磁損明顯高,如果采用有取向硅鋼片(片厚0.3或更小),磁損就更小。大型電力變壓器都使用有取向硅鋼片,磁損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅損。所以說:磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系

呵呵,我沒說要磁芯損耗等于銅損!如果我在實(shí)際做電源的時(shí)候沒有這樣的體會(huì),我也不會(huì)這樣說了。材料好固然好,成本會(huì)高!當(dāng)然一定體積的磁芯有自己合適的頻率,可是范圍并不是那么窄!至于B值,當(dāng)然根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在一定范圍內(nèi),至于為什么在這個(gè)范圍內(nèi),不能太小不能太大,其實(shí)這其中已經(jīng)是綜合了銅損和鐵損!前輩都總結(jié)好了,我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來的變壓器,當(dāng)然沒有很大的磁芯損耗!相等固然絕對(duì),你說的也很絕對(duì)!

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yhtfeel
LV.7
18
2012-08-23 15:41
@世界真奇妙
如果一定要設(shè)計(jì)成磁損與銅損相等,肯定能夠做到,肯定性價(jià)比很差??隙ㄐ枰獌?yōu)化。
當(dāng)然不一定相等,追求的是平衡!
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2012-08-23 15:50
@yhtfeel
呵呵,我沒說要磁芯損耗等于銅損!如果我在實(shí)際做電源的時(shí)候沒有這樣的體會(huì),我也不會(huì)這樣說了。材料好固然好,成本會(huì)高!當(dāng)然一定體積的磁芯有自己合適的頻率,可是范圍并不是那么窄!至于B值,當(dāng)然根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在一定范圍內(nèi),至于為什么在這個(gè)范圍內(nèi),不能太小不能太大,其實(shí)這其中已經(jīng)是綜合了銅損和鐵損!前輩都總結(jié)好了,我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來的變壓器,當(dāng)然沒有很大的磁芯損耗!相等固然絕對(duì),你說的也很絕對(duì)!

我說的是“磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系”,并不是完全沒有關(guān)系。

樓主說的是“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小”,顯然這樣說是不正確的。

 

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yhtfeel
LV.7
20
2012-08-23 21:40
@世界真奇妙
我說的是“磁芯損耗與銅損無直接的關(guān)系”,并不是完全沒有關(guān)系。樓主說的是“磁芯損耗等于繞組損耗,總損耗是最小”,顯然這樣說是不正確的。 

呵呵!愛較真的人總是打死不承認(rèn)!

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zhc7302
LV.9
21
2012-08-25 16:16
@隋晶
[圖片]歡迎指正!有空順便去我的設(shè)計(jì)大賽帖子頂一下哈,謝謝啦!
學(xué)習(xí)
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jssz_hf
LV.4
22
2013-12-21 10:16
向隋工學(xué)習(xí)
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