漏电感对正激和反激式开关电源的影响及设计方法1、引言 漏电感在开关电源主回路中一定存在,尤其在变压器、电感器等中都是不可避免的。过去在讨论中一般把它略而不计,设计中更无从考虑。现在随着开关电源的单机容量和整机容量的日益提高,这个参数影响到开关电源主要的参数,例如,40A/5V输出的开关电源,电压损失竟达20%,还影响到开关电源的重量和效率。因此,漏电感问题讨论、研究已摆到日程上了。加上脉冲电压VS(t)到变压器线圈就产生电流,沿着铁心磁径产生闭合的主磁通Φ(t)和部分路径在铁心附近的空气中闭合的漏磁通Φσ(t)。Φ(t)和Φσ(t)将在线圈分别产生感应电动势e(t)和eσ(t),两者之和加上电阻压降与外加电压相平衡,遵从KVL方程。过去,一般书刊略去eσ(t), KVL方程简化为Vs(t)=Δt 。
漏电感对正激和反激式开关电源的影响及设计方法
1、引言
漏电感在开关电源主回路中一定存在,尤其在变压器、电感器等中都是不可避免的。过去在讨论中一般把它略而不计,设计中更无从考虑。现在随着开关电源的单机容量和整机容量的日益提高,这个参数影响到开关电源主要的参数,例如,40A/5V输出的开关电源,电压损失竟达20%,还影响到开关电源的重量和效率。因此,漏电感问题讨论、研究已摆到日程上了。加上脉冲电压VS(t)到变压器线圈就产生电流,沿着铁心磁径产生闭合的主磁通Φ(t)和部分路径在铁心附近的空气中闭合的漏磁通Φσ(t)。Φ(t)和Φσ(t)将在线圈分别产生感应电动势e(t)和eσ(t),两者之和加上电阻压降与外加电压相平衡,遵从KVL方程。过去,一般书刊略去eσ(t), KVL方程简化为Vs(t)=Δt 。
2、反激式变换器的漏电感
12楼
正激式变换器等效电路如图7所示(列方程时,忽略二极管的压降),电路是等效到主输出绕组5V上。
Lσ1表示原边绕组与副边主输出绕组间的漏电感;LP“表示原边绕组折算到副边主输出绕组间的漏电感;Lσ2为主输出绕组与12V输出绕组间的漏电感;折算时均以5V的N1为匝数为基准。
3.1漏电感对一个输出电压时影响
在S1、S2闭合时,LP“上加上VS“电压,经耦合,使LS1、 L1上电流上升,由于Lσ1的漏感作用,使IL1延缓上升,但iD3+ iD4=IL1,电流IL1线性上升所需时间t1可依下式计算:
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13楼
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在t1初期,虽然V12= VS“,但在漏电感引起延迟对应的伏-秒值VS“ t1即为输出电压的损失,在一个周期平均值定义为电压损失ΔV1:(如图8阴影部分所示)
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15楼
损失电压与IL1成正比。
从能量的反馈过程来看,tc是由于漏电感作用时使电流延缓下降,在电流下降中,Lσ1 、LP“上的电压反向,Lσ1上能量耦合至LP“并经D1 、D2反馈回电压源VS“,这样就把储存在漏电感Lσ1和励磁电感LP“的储能送回到输入端。例如,设计一个开关频率为50kHz的开关电源,采用EC-52型号的铁心,用AWG#19线在线架上绕4层作为原边绕组,用AWG#18线8条并联绕6圈作为副绕组。制作中没有用三明治绕法,线圈布置是先绕原边绕组,在作0.01mm绝缘处理后,再绕副边绕组。测得Lσ“为0.5μH,此时,引起电压损失为:
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漏电感储存的能量为:
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如果线圈采用三明治绕法,实测漏电感从0.5μH降为0.2μH,下降60%,相应的电压损失为:
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18楼
漏电感储存的能量为:
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由此可知漏电感减少后得益匪浅。
3.2 漏电感对有多个输出电压时的影响
如有二个输出绕组,分别输出5V/40A和12V/5A,相对于前面情况,加了一个Lσ2,同样起着电流建立和消退的延缓作用。由于主输出绕组D3 、D4在0~t1时段的同时导通,使3、2两端电压为0,即经t1时间后,再经历漏电感Lσ2的延迟作用,才开始完全由D5供电流给IL2建立ID5。
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20楼
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21楼
由于D5 、D6同时导通,电流IL2在t2以后才按规律上升。在 t2~t1期间,V32已上升到一定值,电流IL2 “开始增加,此增加电流一样是通过Lσ1,所以对12V/5A绕组而言,受Lσ1+ Lσ2的左右。
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