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磁滯回線如何發(fā)力,使反激電源達(dá)到90%效率
發(fā)布時(shí)間:2015-02-15 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】前文中對(duì)二極管和電容的實(shí)踐 進(jìn)行了介紹,在本篇文章當(dāng)中將為大家?guī)黻P(guān)于磁滯回線的相關(guān)分析。這一部分較為重要,因?yàn)槠渲苯臃从沉藢?shí)際操作和書本上知識(shí)的區(qū)別,也是在對(duì)變壓器進(jìn)行講解所需的鋪墊。
對(duì)于電源老鳥來說,接觸的設(shè)計(jì)多了,就會(huì)形成一套自己的獨(dú)特手法和習(xí)慣,隨著經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng),這將形成一種良性的循環(huán)。而對(duì)于新手來說,尋找到一個(gè)合適的切入點(diǎn)都是比較困難的,更談不上形成這種良性的循換了。但是這個(gè)阻礙新手進(jìn)步的問題將被解決。本系列文章以反激電源設(shè)計(jì)為切入點(diǎn),深究這種電源的設(shè)計(jì)手法并對(duì)其中的原理進(jìn)行細(xì)致的講解,對(duì)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行培養(yǎng)。
前文中對(duì)二極管和電容的實(shí)踐 進(jìn)行了介紹,在本篇文章當(dāng)中將為大家?guī)黻P(guān)于磁滯回線的相關(guān)分析。這一部分較為重要,因?yàn)槠渲苯臃从沉藢?shí)際操作和書本上知識(shí)的區(qū)別,也是在對(duì)變壓器進(jìn)行講解所需的鋪墊。
變壓器是電源板的靈魂器件,變壓器設(shè)計(jì)不好牽一發(fā)動(dòng)全身,整個(gè)板子都不理想。變壓器工作的時(shí)候受控于初級(jí),也受控于次級(jí)。因此MOS、變壓器、肖特基都是互相影響的,也造成變壓器不是一次都能設(shè)計(jì)好的。為了后面的推算,所以得初算個(gè)變壓器出來。先來看看磁材的一些細(xì)節(jié)。
這個(gè)是做變壓器最基本的公式根據(jù),但是表示的不對(duì),應(yīng)該表示為B=(磁導(dǎo)率/磁路)*(NI);
NI就是安匝數(shù),電激發(fā)出磁的部分。
磁導(dǎo)率/磁路:磁路相關(guān)的磁通密度。
磁通密度
100A/m安匝波形和磁通密度疊加圖:
圖1
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根據(jù)圖形,磁滯回線按照正弦波安匝數(shù)來變化的,也就是磁滯回線的變化實(shí)際上是安匝正弦變化規(guī)律,這個(gè)磁滯回線是用來做工頻變壓器的年代誕生的,也適合于正弦波變壓器,而開關(guān)電源是不同斜率的三角波組成,這個(gè)遲滯回線看不出開關(guān)電源中磁芯中磁通的變化的規(guī)律。
圖2
圖3 同斜率不同幅度的磁滯回線
用三角波仿真了下磁芯,磁滯回線方正了很多,也不會(huì)因?yàn)檎乙?guī)律產(chǎn)生嚴(yán)重的拖尾效應(yīng)。圖2是同頻率不同幅度。圖3同斜率不同幅度的。
圖4
現(xiàn)在來看看同是1000A/m的安匝在50K和5K情況下磁滯回線。仔細(xì)觀察安匝和磁滯回線的關(guān)系,就能明顯看出損耗和磁滯回線的頭怎么來的。
圖5
圖6
以上都是連續(xù)的安匝變化,電源電路中安匝是突變的,比如反激式mos開啟和mos關(guān)斷的瞬間,電流方向進(jìn)行了突變,波形如圖6所示。(安匝波形就是電流波形)
圖7
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這個(gè)時(shí)候磁滯回線變成了樣子?注意看100A/m,-100A/m,50A/m,-50A/m 這幾個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
圖8
上面的磁滯回線表達(dá)不準(zhǔn)確,電源工作在一個(gè)離散狀態(tài),應(yīng)該把磁通保持的線刪掉,電源磁芯就工作在這個(gè)狀態(tài),CCM模式。中間無線的地方是安匝突變,就是翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。另外電源也沒有了起始線,大家都應(yīng)該明白電源是如何進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)的。
圖9
再來看圖9中DCM與BCM磁滯回線。
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圖10
再來看看圖10中磁通密度和磁導(dǎo)率的關(guān)系。這個(gè)磁力線是沒有初始磁導(dǎo)率的。數(shù)據(jù)應(yīng)該沒有調(diào)對(duì)。
上面DCM和CCM磁滯回線的仿真是基于安匝源,但是反激式是初級(jí)安匝給磁芯儲(chǔ)能,mos關(guān)斷后,有磁動(dòng)勢(shì)反轉(zhuǎn)磁力線,應(yīng)該有些不同,這個(gè)后面看下能用反激式拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)仿真出來么。
經(jīng)過上面仿真可以得出:
1、書本上以及規(guī)格書上所給出的磁芯數(shù)據(jù)是基于正弦波的,給出的參數(shù)也是正弦波的,對(duì)于開關(guān)電源,有些參數(shù)不是精準(zhǔn)的,比如頻率特性,開關(guān)電源能和磁滯回線對(duì)應(yīng)起來的是斜率。
2、仿真CCM模式,磁滯回線上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)安匝跳變位置,但是磁通密度并不能跳變,而是通過下降來釋放能量。
3、DCM模式有一個(gè)安匝跳變位置,相應(yīng)mos開啟端位跳變,相應(yīng)磁滯回線能和上面用三角波仿真的形狀對(duì)應(yīng)起來。
4、電源中調(diào)試的時(shí)候,把一款產(chǎn)品做成低壓CCM高壓DCM,在DCM的時(shí)候肖特基翻轉(zhuǎn)的諧波比CCM小,可見安匝跳變的時(shí)候,磁力線也會(huì)產(chǎn)生一種波形震動(dòng)。
這一節(jié)主要對(duì)磁滯回線進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析,主要是為了能夠讓大家看到實(shí)際操作和書本知識(shí)的區(qū)別,同時(shí)為變壓器設(shè)計(jì)的講解做好準(zhǔn)備,希望大家能夠從這篇至關(guān)重要的文章當(dāng)中吸收到書本中學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。
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