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漏感與分布電容
●漏磁通:
耦合電感或變壓器中,由一次繞組產(chǎn)生,且不能匝鏈到二次繞組的部分磁通。(如上圖)
●漏感:
不能耦合到二次側(cè)的電感,分布在變壓器的整個(gè)線圈中,跟繞組是串聯(lián)關(guān)系,因能量不能向二次側(cè)釋放,所以在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生較大電壓尖峰。
●漏感的真實(shí)值:
對(duì)反激變壓器工作過程有影響的漏感,不僅僅包含初級(jí)不能耦合到次級(jí)的電感,還包含變壓器二次繞組的漏感通過匝比折算到初級(jí)的漏感,以及布線所產(chǎn)生的電感,通過匝比折算到初級(jí)的電感
在輸出低電壓大電流的電源中,次級(jí)折算過來的電感可能比一次電感還要大,這將大大降低電源的整體效率。
●真實(shí)漏感的測量:
將待測變壓器焊接到?jīng)]有裝元器件的實(shí)際PCB上,將初級(jí)繞組開路,并將所有二次繞組的整流二極管以及濾波電容短路,然后測量初級(jí)繞組的電感,得到的值就是漏感的真實(shí)值。
●數(shù)學(xué)估算真實(shí)漏感:
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在1oz的FR-4的PCB上,每英寸的布線電感約為20nH。
在估算時(shí),必須要將高頻電流流過的通路進(jìn)行合理的等效,最后得到的電感要按照匝比的平方折算到初級(jí)。
●漏感電路的影響:
如下圖,漏感將使電路波形產(chǎn)生振蕩,增加MOSFET的電壓應(yīng)力與發(fā)熱,使電源的整體EMI性能變差。
●解決措施:
增加Snubber電路,鉗位峰值電壓,并將部分的損耗轉(zhuǎn)移。
優(yōu)化變壓器的繞制工藝,調(diào)整PCB Layout,達(dá)到漏感最小化的目的。
選用窗口面積寬的磁芯骨架。
●變壓器分布電容的危害:
A:可能使變壓器諧振(主要是LC振蕩)
B:在方波驅(qū)動(dòng)的變壓器中,會(huì)產(chǎn)生很大的一次電流尖峰
C:可能與其他的電路產(chǎn)生靜電耦合,影響EMI
●分布電容的種類
匝間電容:繞組匝與匝之間的等效電容
層間電容:繞組層與層之間的等效電容
繞組間電容:各繞組之間的等效電容
雜散電容:繞組與磁芯,外部散熱片,PCB之間的等效電容可用一個(gè)等效參數(shù)Cp來表示總的分布電容,變壓器浸凡立水之后,或電源整體灌膠之后,此參數(shù)將發(fā)生改變。
●匝間電容
如左下圖,匝間電容在高壓輸出時(shí),可能改變繞組間的絕緣強(qiáng)度,特別在單槽骨架中,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起匝間擊穿短路
改進(jìn)方法如右邊的圖紙,一般采用多槽的骨架進(jìn)行分段繞制,減少匝間電容的影響
●層間電容
層間電容占變壓器總分布電容的比例相當(dāng)大,是引起電路中電壓振蕩與電流尖峰的元兇
一般采用優(yōu)選變壓器磁芯骨架,改善變壓器繞制方法,如Z形繞法,U形繞法,累進(jìn)式繞法等,來降低分布電容對(duì)電路中電壓與電流的影響
●繞組與繞組間的電容
繞組間電容是共模信號(hào)耦合的重要通路;一般采用增加絕緣厚度,增加法拉第屏蔽層等方法來減少繞組間電容
●雜散電容
是將開關(guān)噪音與共模干擾信號(hào)耦合到其他電路中的通道;一般采用接地或增加屏蔽,將干擾接地等措施來改善
氣隙的作用與選取
●開氣隙的目的與作用:
氣隙能使磁芯的等效磁路長度增加,減少剩余磁感應(yīng)強(qiáng)調(diào)。
氣隙雖不能對(duì)磁通的直流成分進(jìn)行完全的修正,但是能使磁通的直流成份基本維持不變,因氣隙增加了磁路中的磁阻,在磁動(dòng)勢一定時(shí),可以控制磁芯的磁通密度,從而平衡直流成分的影響。
氣隙為何儲(chǔ)存變壓器的大部分能量?
簡單講就是氣隙的磁阻比磁芯大得多,導(dǎo)致大部分的磁動(dòng)勢都降落在氣隙上,氣隙跟磁通密度成反比。
注意:
氣隙處的填充材料必須為逆磁性的材料,否則可能會(huì)造成氣隙短路現(xiàn)象,達(dá)不到開氣隙的本來目的;而且需要保持結(jié)構(gòu)上的平衡,以使邊沿磁通噪聲最小化。
●氣隙處的散磁
由于邊緣磁通的存在,部分散磁會(huì)被靠近變壓器的元器件拾取,從而干擾其他器件的工作;解決方法就是在氣隙處外包一層屏蔽層,如下圖。
●邊緣磁通
磁力線在氣隙處由于失去了磁芯的約束,在氣隙的周圍,部分磁力線以高損失的路徑重新進(jìn)入磁芯,這就引起了磁芯在氣隙處的發(fā)熱問題
●開氣隙的方法:
磨氣隙:加工簡單,量產(chǎn)一致性好;中柱處由于邊緣磁通影響易發(fā)熱。
墊氣隙:工藝復(fù)雜,不易控制一致性,易散磁;磁通分布均勻
變壓器的繞制技術(shù)
●三明治繞法的是與非
三明治繞法的好處主要是增加初次級(jí)的耦合面積,降低漏感,從而可以降低MOSFET關(guān)斷時(shí)的漏感尖峰電壓,降低MOSFET的電壓應(yīng)力,在低壓輸出時(shí)可以提升效率。
但在增加耦合面積的同時(shí),使繞組間的分布電容加大,而繞組間電容是共模干擾信號(hào)主要的傳遞路徑,故三明治繞法會(huì)使EMI性能變差。
采用初級(jí)包次級(jí)還是次級(jí)包初級(jí)的繞法,主要是從EMI(du/dt)與散熱(大電流流過繞組)兩個(gè)方面來考慮的。
●疏繞跟密繞:
●疏繞(勻繞)
繞組均勻分布在變壓器窗口中;繞組的匝間電容影響小,跟其他的繞組耦合程度高,漏感小,有利于輸出電壓的穩(wěn)定性。但繞制工藝不好控制。
●密繞
繞組緊密的繞制在變壓器的中間或兩邊;繞制工藝簡單,有利于后續(xù)繞組的平整度控制。但匝間電容與漏感稍大,在輸出電壓較低,電流小的場合對(duì)輸出電壓有一定影響。
●單層圈數(shù)的計(jì)算:
在計(jì)算單層圈數(shù)時(shí),是通過骨架寬度除以漆包線的外徑,得到的值需要將小數(shù)點(diǎn)以后的數(shù)值舍去,并需要減去一圈作為進(jìn)出線的余量。
例:EFD30的幅寬是20mm,假如初級(jí)線徑是0.5mm(外徑則為0.55mm),那么可以繞制最多的圈數(shù)是20mm/0.55mm-1=35.36取整之后為35T
●注意:
在進(jìn)線與出線的邊沿,特別是多股線同時(shí)繞制時(shí),由于漆包線的折彎,造成占用的空間比正常繞組一圈時(shí)大。
●盡量繞滿整數(shù)層
在計(jì)算好變壓器匝數(shù)與線徑直之后,接下來需要根據(jù)骨架寬度與深度驗(yàn)算是否能容納下所有的繞組,此時(shí)需要考慮漆包線的外徑,擋墻寬度,絕緣膠帶厚度,折線厚度等因素。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)繞組不是整數(shù)層時(shí),就需要調(diào)整匝數(shù)或線徑以滿足單個(gè)繞組為整數(shù)層的要求,因?yàn)樾?shù)層繞組(特別處在最里層時(shí))容易造成后續(xù)的繞組不平整,從而影響繞線的分布參數(shù)與絕緣強(qiáng)度。
●繞組的絕緣
當(dāng)繞完一個(gè)繞組之后,繞組需要將線折回到進(jìn)線端的骨架定位腳時(shí),需要先包1-2層膠帶進(jìn)行絕緣,然后才將線折過來。
且線盡量以90度左右的角度折彎,以盡量滿足對(duì)匝數(shù)精度的要求。
繞線為了滿足安規(guī)對(duì)絕緣的要求,一般加擋墻或使用三重絕緣線,且各繞組之間加高強(qiáng)度的絕緣膠帶。
安規(guī)與EMI的考慮
●關(guān)于安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)
一般用途的Adapter:
IEC/EN61558-2-6
一般用途的Charger:
IEC/EN60335-2-29
IT類專用的Adapter:
IEC/EN60590
音響視訊類專用的Adapter:
IEC/EN60065
醫(yī)療儀器類專用的Adapter:
IEC/EN60601
量測儀器類專用的Adapter:
IEC/EN61010
●關(guān)于安規(guī)的一些要求
如果次級(jí)繞組不能跟鐵芯保持安規(guī)的距離要求時(shí),那么鐵芯就被當(dāng)成次級(jí)元件,必須跟初級(jí)保持足夠的安規(guī)距離。
注意:
IEC/EN60335-2-29的初、級(jí)側(cè)繞組跟鐵芯的爬電距離是4.0mm,初次級(jí)元件之間的距離是8.0mm
BOBBIN厚度的要求:
IEC/EN61558-2-6與IEC/EN60335-2-29規(guī)定要大于1.0mm,其余的為0.4mm
●變壓器是怎樣影響EMI的?
變壓器的分布電容,是引起初級(jí)到次級(jí)的共模與差模干擾的根本原因
●變壓器的EMI處理
從原理上來說,最有利于EMI的繞法是減少初次級(jí)之間的耦合電容,也就是說要加大初次級(jí)之間的距離,但這又會(huì)增大漏感,反而會(huì)增大電路損耗與EMI強(qiáng)度,所以需要綜合考慮。
一般常見的方法是在初次級(jí)之間增加一個(gè)Y電容,將返回地線的共模電流直接短路到初級(jí)地線,減少通過地線返回的電流。
還有一種方法是在初次級(jí)繞組之間加入法拉第屏蔽層(靜電屏蔽),將初次級(jí)之間的共模信號(hào)直接短路到初級(jí)地,有加銅箔(0.9T或1.1T)與加繞組(繞組的感應(yīng)電壓與被屏蔽繞組電壓相反)兩種方法。
對(duì)于輻射一般是在變壓器最外層加入一個(gè)短路的屏蔽銅箔,將輻射的電磁能量以渦流的形式消耗掉,且渦流的磁場方向跟原變壓器的干擾磁場相互抵消。
PFC實(shí)戰(zhàn)視頻教程120講60小時(shí)
最全可能是史上完整的PFC視頻教程(共計(jì)時(shí)長:120講 60小時(shí)) 第一部分:開關(guān)電源BUCK部分(30小時(shí)) 一是基于PTS5430芯片的Buck電路; 二是基于分立器件去搭Buck電路; 三基于LNK306芯片的BUCK電路。 第二部分:BOOST部分(10小時(shí)) 基于UC3842電源芯片的Boost電路。 第三部分:功率因素校正(PFC)部分(20小時(shí)) 基于NCP1654芯片的PFC部分
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