【我是工程師】--單端正激雙管式開關電源設計之高頻變壓器設計！
最近電源網舉行我是工程師這個活動 看到禮品這么豐富 我也忍不住想湊個熱鬧 準備把以前自己動手設計的一款電源貼出來和大家共享 其中借鑒了一些資料 難免會有一些差錯 希望大家能及時指證
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@hello-no1
單端正激式開關電源 一般適用與200W以下的開關電源 （至于為什么是200W 我沒有真正去驗證過 找了好些資料 都是這么說的 希望有高手能解釋一下為什么不能超過200W） 我以前見過1200W的單端正激式開關電源 功率模塊用的是IGBT 不過效率不高
常見的單端拓撲結構 通常都是帶有去磁繞組 去磁繞組的圈數和初級繞組的圈數相同 主要目的是為了防止變壓器磁飽和 正激拓撲結構的高頻變壓器磁芯是不需要有去磁繞組的 因為初級獲得的能量都會完全傳遞到次級 但是實際的情況是 因為磁芯工作的區間的一三象限 每次初級獲得能量在傳遞到次級時 磁芯都會有一些能量的殘留 當殘留的能量不斷累加時 變壓器就會發生磁飽和（磁通量為零 電流無窮大 至此變壓器就會燒毀） 為了防止變壓器磁飽和 需要加入去磁繞組 去磁繞組的方向和初級繞組的方向正好相反 每次初級將能量傳遞到次級時 殘余的能量和去磁繞組中的能量方向相反 正好抵消
至于去磁繞組和初級繞組是如何繞制的 查了幾本書 都說是緊密繞制 在《變壓器與電感器設計》（龔紹文翻譯）這本書中，中寫道是雙線并繞 我想了很長時間沒有搞懂 雖然我變壓器也繞制了很多 但是雙線并繞一般都是同向的 主要是為了降低趨膚效應 不知道書上的意思作何解釋
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@hello-no1
常見的單端拓撲結構 通常都是帶有去磁繞組 去磁繞組的圈數和初級繞組的圈數相同 主要目的是為了防止變壓器磁飽和 正激拓撲結構的高頻變壓器磁芯是不需要有去磁繞組的 因為初級獲得的能量都會完全傳遞到次級 但是實際的情況是 因為磁芯工作的區間的一三象限 每次初級獲得能量在傳遞到次級時 磁芯都會有一些能量的殘留 當殘留的能量不斷累加時 變壓器就會發生磁飽和（磁通量為零 電流無窮大 至此變壓器就會燒毀） 為了防止變壓器磁飽和 需要加入去磁繞組 去磁繞組的方向和初級繞組的方向正好相反 每次初級將能量傳遞到次級時 殘余的能量和去磁繞組中的能量方向相反 正好抵消 至于去磁繞組和初級繞組是如何繞制的 查了幾本書 都說是緊密繞制 在《變壓器與電感器設計》（龔紹文翻譯）這本書中，中寫道是雙線并繞 我想了很長時間沒有搞懂 雖然我變壓器也繞制了很多 但是雙線并繞一般都是同向的 主要是為了降低趨膚效應 不知道書上的意思作何解釋 [圖片]
開關電源的書籍 我買了很多本 有王志強翻譯的《精通開關電源設計》 《開關電源手冊》 沙占友寫的 張興柱寫的 陶顯芳寫的 翻開這些書籍 滔滔不絕的都是公式 這些人 我相信他們都是大神級別的 通過公式的羅列 基本就能真正理解開關電源各種拓撲結構的知識 但是這種方法 對于我不合適 我相信公式 但我更相信實證 只有把某一種拓撲結構的電源做出來 通過示波器 萬用表測試關鍵節點的參數 并和公式對照 我才能說服自己 某個公式是正確的 不知道 群里的大神們 你們學習電源的制作 是采用的什么方法 希望大家能說說 話說 我最喜歡的還是劉勝利寫的書籍 雖然重復性很多 但是 確實是作者實戰結合理論的成果
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@hello-no1
開關電源的書籍 我買了很多本 有王志強翻譯的《精通開關電源設計》 《開關電源手冊》 沙占友寫的 張興柱寫的 陶顯芳寫的 翻開這些書籍 滔滔不絕的都是公式 這些人 我相信他們都是大神級別的 通過公式的羅列 基本就能真正理解開關電源各種拓撲結構的知識 但是這種方法 對于我不合適 我相信公式 但我更相信實證 只有把某一種拓撲結構的電源做出來 通過示波器 萬用表測試關鍵節點的參數 并和公式對照 我才能說服自己 某個公式是正確的 不知道 群里的大神們 你們學習電源的制作 是采用的什么方法 希望大家能說說 話說 我最喜歡的還是劉勝利寫的書籍 雖然重復性很多 但是 確實是作者實戰結合理論的成果
單管正激式拓撲結構有兩個缺陷 第一是功率管截止期間承受的電壓應力是兩倍的Vin 第二個問題 就是昨天我帖子里說到的 因為高頻變壓器工作與第一象限 磁能會在磁芯中積累 導致磁芯飽和 磁通量為零 電流無窮大 需要加去磁繞組 而去磁繞組需要和初級線圈緊密繞制 這個工藝比較繁瑣 這是我對單管正激式拓撲結構的理解 為了降低功率管的電壓應力同時省略去磁繞組 我們引入另一個單端正激式拓撲結構 它是單端雙管正激式拓撲結構 聽這個名字 就知道它是單端單管正激式拓撲結構的孿生兄弟 他的近照
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@hello-no1
單管正激式拓撲結構有兩個缺陷 第一是功率管截止期間承受的電壓應力是兩倍的Vin 第二個問題 就是昨天我帖子里說到的 因為高頻變壓器工作與第一象限 磁能會在磁芯中積累 導致磁芯飽和 磁通量為零 電流無窮大 需要加去磁繞組 而去磁繞組需要和初級線圈緊密繞制 這個工藝比較繁瑣這是我對單管正激式拓撲結構的理解 為了降低功率管的電壓應力同時省略去磁繞組 我們引入另一個單端正激式拓撲結構 它是單端雙管正激式拓撲結構 聽這個名字 就知道它是單端單管正激式拓撲結構的孿生兄弟 他的近照 [圖片]
大家仔細看會發現 雙管式和單管式有兩個不同 第一當然是功率管變成了兩個 另一個不同點就是去磁繞組沒了 變成了兩個續流二極管 第一個的改變 使功率管在截止期間 每個管子承受的電壓應力變成了Vin 這個變化對于選擇功率管提供了很大的便利 另一個變化就是去磁繞組變成了續流二極管 這樣做 變壓器的工藝立馬就省了很多 功率管耐壓問題以及高頻變壓器的工藝問題雖然解決了 但是后面又來了一個問題 這個問題要解釋清楚 需要引入上述兩種拓撲結構的父輩 它的名字叫做BUCK拓撲結構 上近照
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@hello-no1
大家仔細看會發現 雙管式和單管式有兩個不同 第一當然是功率管變成了兩個 另一個不同點就是去磁繞組沒了 變成了兩個續流二極管 第一個的改變 使功率管在截止期間 每個管子承受的電壓應力變成了Vin 這個變化對于選擇功率管提供了很大的便利 另一個變化就是去磁繞組變成了續流二極管 這樣做 變壓器的工藝立馬就省了很多 功率管耐壓問題以及高頻變壓器的工藝問題雖然解決了 但是后面又來了一個問題 這個問題要解釋清楚 需要引入上述兩種拓撲結構的父輩 它的名字叫做BUCK拓撲結構 上近照[圖片]
在buck拓撲結構中 二極管D的作用是續流 電感的作用是儲能 當功率管導通期間 二極管截止 電感儲能 負載功率由輸入電源供電 當功率管截止 此時負載的供電由電感提供 同時二極管正向導通 為負載電流提供回路 根據二極管PN結的物理特性 當輸出功率越大 續流二極管的反向截止時間越長 同時 因為電感承擔著為負載供電的作用 有了上面的概念 現在我們轉回話題 再談單端雙管正激式拓撲結構 在該拓撲結構中 變壓器的作用是能量的傳遞 和反激式拓撲結構不同 他沒有能量儲存的作用 能量的儲存由后端的輸出濾波電感來承擔 此時 濾波電感的體積變需要加大 以便能容納足夠多的能量 為后端的負載供電 說到這里 大家應該知道 單端雙管正激式拓撲結構的缺點了 那就是續流二極管的反向截止時間相對較長 另一個缺點就是濾波電感體積偏大 那有沒有好的辦法來改善呢 答案是有的 欲知后事如何 且聽下回分解
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@hello-no1
在buck拓撲結構中 二極管D的作用是續流 電感的作用是儲能 當功率管導通期間 二極管截止 電感儲能 負載功率由輸入電源供電 當功率管截止 此時負載的供電由電感提供 同時二極管正向導通 為負載電流提供回路 根據二極管PN結的物理特性 當輸出功率越大 續流二極管的反向截止時間越長 同時因為電感承擔著為負載供電的作用 有了上面的概念 現在我們轉回話題 再談單端雙管正激式拓撲結構 在該拓撲結構中 變壓器的作用是能量的傳遞 和反激式拓撲結構不同 他沒有能量儲存的作用 能量的儲存由后端的輸出濾波電感來承擔 此時 濾波電感的體積變需要加大 以便能容納足夠多的能量 為后端的負載供電 說到這里 大家應該知道 單端雙管正激式拓撲結構的缺點了 那就是續流二極管的反向截止時間相對較長 另一個缺點就是濾波電感體積偏大 那有沒有好的辦法來改善呢 答案是有的 欲知后事如何 且聽下回分解
接著昨天的話題 現在我想采用單端雙管正激式拓撲結構輸出更大的功率 怎么辦了 除了增大續流二極管以及輸出濾波電感的方法 有沒有其他的方法呢 打個簡單的比方 只以駱駝為例 一頭瘦弱的駱駝只能駝100斤的貨 我現在有150斤的貨物 那怎么辦呢 一種方法是 重新選一頭強壯的駱駝 他的負載能力強了 可以駝200斤的貨物哦 那問題解決了 或者選兩頭瘦弱的駱駝 每頭駝75斤 問題也解決了 同樣的道理 現在我采用單端雙管正激式拓撲結構 想輸出更大的功率 一種方法便是我上述中的增大續流二極管以及輸出濾波器的體積 還有一種辦法是 我不增大續流二極管的型號 也不增加疏忽濾波器的體積 我采用兩款同樣的電路并聯即可解決這個問題 至此我們引入并聯式單端雙管正激式拓撲結構 上近照
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@hello-no1
接著昨天的話題 現在我想采用單端雙管正激式拓撲結構輸出更大的功率 怎么辦了 除了增大續流二極管以及輸出濾波電感的方法 有沒有其他的方法呢 打個簡單的比方 只以駱駝為例 一頭瘦弱的駱駝只能駝100斤的貨 我現在有150斤的貨物 那怎么辦呢 一種方法是 重新選一頭強壯的駱駝 他的負載能力強了 可以駝200斤的貨物哦 那問題解決了 或者選兩頭瘦弱的駱駝 每頭駝75斤 問題也解決了 同樣的道理 現在我采用單端雙管正激式拓撲結構 想輸出更大的功率 一種方法便是我上述中的增大續流二極管以及輸出濾波器的體積 還有一種辦法是 我不增大續流二極管的型號 也不增加疏忽濾波器的體積 我采用兩款同樣的電路并聯即可解決這個問題 至此我們引入并聯式單端雙管正激式拓撲結構 上近照[圖片]
上述我講了這么多東西 其實就是為我這個項目做鋪墊 這款電源是參考的劉勝利老師<現代高頻開關電源實用技術>這本書中的實例做的 這款電源的計算方法 一些公式我除了引用劉勝利老師的計算方法,還參考了張占松老師寫的<開關電源的原理與設計>,Abraham I.Pressman技術大牛寫的<開關電源設計>,王全保編寫的<電子變壓器手冊>,趙修科老師的<磁性元器件分冊> 龔紹文先生翻譯的《變壓器與電感器設計手冊》 張興柱老師寫的《開關電源的功率變換器拓撲與設計等等 這么多書籍的查找 主要是為了避免公式引用錯誤 誤導了大家 做電源項目也有幾年了 我一直側重于動手能力 把產品做出來 根據實際測試情況改進 不怎么拘泥與理論計算 一方面是自己的理論功底比較差 另一方面是覺得實際項目不需要太深究與書本理論的計算 在電源的計算上 很多時候都是大而化之 不嚴謹 對于關鍵節點的波形測試基本沒有真正深入的分析過 借助電源網這次"我是工程師"活動 我想在業余時間多花點功夫把自己的理論功底再加強加強 也希望大家能多多指導 吼吼
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@hello-no1
上述我講了這么多東西 其實就是為我這個項目做鋪墊 這款電源是參考的劉勝利老師這本書中的實例做的 這款電源的計算方法 一些公式我除了引用劉勝利老師的計算方法,還參考了張占松老師寫的,AbrahamI.Pressman技術大牛寫的,王全保編寫的,趙修科老師的 龔紹文先生翻譯的《變壓器與電感器設計手冊》 張興柱老師寫的《開關電源的功率變換器拓撲與設計等等 這么多書籍的查找 主要是為了避免公式引用錯誤 誤導了大家 做電源項目也有幾年了 我一直側重于動手能力 把產品做出來 根據實際測試情況改進 不怎么拘泥與理論計算 一方面是自己的理論功底比較差 另一方面是覺得實際項目不需要太深究與書本理論的計算 在電源的計算上 很多時候都是大而化之 不嚴謹 對于關鍵節點的波形測試基本沒有真正深入的分析過 借助電源網這次"我是工程師"活動 我想在業余時間多花點功夫把自己的理論功底再加強加強 也希望大家能多多指導 吼吼
按照我前幾天的規劃 下一講就是單端正激式開關電源變壓器的講解了 對于開關電源來說 高頻變壓器的設計 確實是一個重點 也是難點 我自己也需要加強一下理論功底 這幾天多查查資料 爭取盡量講的詳細一點 明天見
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@hello-no1
接著昨天的話題 現在我想采用單端雙管正激式拓撲結構輸出更大的功率 怎么辦了 除了增大續流二極管以及輸出濾波電感的方法 有沒有其他的方法呢 打個簡單的比方 只以駱駝為例 一頭瘦弱的駱駝只能駝100斤的貨 我現在有150斤的貨物 那怎么辦呢 一種方法是 重新選一頭強壯的駱駝 他的負載能力強了 可以駝200斤的貨物哦 那問題解決了 或者選兩頭瘦弱的駱駝 每頭駝75斤 問題也解決了 同樣的道理 現在我采用單端雙管正激式拓撲結構 想輸出更大的功率 一種方法便是我上述中的增大續流二極管以及輸出濾波器的體積 還有一種辦法是 我不增大續流二極管的型號 也不增加疏忽濾波器的體積 我采用兩款同樣的電路并聯即可解決這個問題 至此我們引入并聯式單端雙管正激式拓撲結構 上近照[圖片]
我還是傾向于在續流二極管端并聯，這樣變壓器次級匝數可以很少，續流電感也可以很小（D很大）。
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@電源網-娜娜姐
越來越有料了 贊！
書接上回 今天的畫話題是單端正激式變壓器的計算 確定好電源的拓撲結構 定好電源的工作頻率之后 就到變壓器計算了 變壓器的計算 我覺得不是一大堆生疏的公式套用 對于很多初學者來說 這樣難度很大 我覺得變壓器的學習是一個循序漸進的過程 不能心急 首先我們要有直觀的認識 熟悉變壓器的組成 如果可能 在學習變壓器的設計過程中 自己一定要親自繞制幾個 我僅僅以高頻變壓器舉例 開關電源變壓器大致由骨架 磁芯 漆包線 絕緣膠帶組成 這是直觀的了解 接著我們來談談電子變壓器的電氣特性 包括磁導率 飽和磁通密度 剩余磁通密度 矯頑力 磁心損耗 居里溫度 電阻率等 我查找了幾本開關電源書籍及TDK磁芯材料技術手冊 歸納出來的電氣參數 我上傳幾種磁芯材質的近照
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@hello-no1
書接上回 今天的畫話題是單端正激式變壓器的計算 確定好電源的拓撲結構 定好電源的工作頻率之后 就到變壓器計算了 變壓器的計算 我覺得不是一大堆生疏的公式套用 對于很多初學者來說 這樣難度很大 我覺得變壓器的學習是一個循序漸進的過程 不能心急 首先我們要有直觀的認識 熟悉變壓器的組成 如果可能 在學習變壓器的設計過程中 自己一定要親自繞制幾個 我僅僅以高頻變壓器舉例 開關電源變壓器大致由骨架 磁芯 漆包線 絕緣膠帶組成 這是直觀的了解 接著我們來談談電子變壓器的電氣特性 包括磁導率 飽和磁通密度 剩余磁通密度 矯頑力 磁心損耗 居里溫度 電阻率等 我查找了幾本開關電源書籍及TDK磁芯材料技術手冊 歸納出來的電氣參數 我上傳幾種磁芯材質的近照[圖片][圖片][圖片]
上述講到的電氣參數 其實就是磁芯材質的電氣參數 很多初學開關電源的朋友看到磁芯材質這么多電氣參數 可能立馬頭就大了 我教大家一個方法 大家不要拘泥于磁芯材料的電氣參數 這些參數只是供你參考而已 看一遍基本就行了 如今磁性材料成分的配比以及燒結工藝都很成熟 你大可不必把時間花在這些參數上 話說回來 為了便于大家理解 可以從另一個角度來思考 把磁性材料當作一種新的物質 作為人類的我們需要了解它 會怎么做呢 那當然是從物理學的角度下手了 測量這種物質的電特性 磁特性 溫度特性 力學特性等等 在測試時把發現的規律記錄下來 就是上述的諸多電氣特性的總和 對于磁性材質的電氣特性 我們就講到這里
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@hello-no1
上述講到的電氣參數 其實就是磁芯材質的電氣參數 很多初學開關電源的朋友看到磁芯材質這么多電氣參數 可能立馬頭就大了 我教大家一個方法 大家不要拘泥于磁芯材料的電氣參數 這些參數只是供你參考而已 看一遍基本就行了 如今磁性材料成分的配比以及燒結工藝都很成熟 你大可不必把時間花在這些參數上 話說回來 為了便于大家理解 可以從另一個角度來思考 把磁性材料當作一種新的物質 作為人類的我們需要了解它 會怎么做呢 那當然是從物理學的角度下手了 測量這種物質的電特性 磁特性 溫度特性 力學特性等等 在測試時把發現的規律記錄下來 就是上述的諸多電氣特性的總和 對于磁性材質的電氣特性 我們就講到這里
磁芯的電氣特性講好了 下一步就是漆包線的電氣特性 漆包線 其實就是銅線裹了一層絕緣漆而已 這是漆包線的直觀描述 對于變壓器中漆包線的電氣描述 大致需要考慮的參數 第一是繞制方向 這就是開關電源變壓器所謂同名端異名端的由來 接著當然是大家都熟悉的匝數比的關系 在其次當然是漆包線橫截面積 這個參數主要影響電流密度 談到電流密度 我們不得不提開關電源變壓器中一個很重要的物理學規律 那就是趨膚效應(具體的解釋大家可以百度) 引入這一物理學規律 大家應該就明白為什么很多變壓器線圈采用多股漆包線繞制了 漆包線的電氣參數大致就這些 漆包線近照
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@hello-no1
磁芯的電氣特性講好了 下一步就是漆包線的電氣特性 漆包線 其實就是銅線裹了一層絕緣漆而已 這是漆包線的直觀描述 對于變壓器中漆包線的電氣描述 大致需要考慮的參數 第一是繞制方向 這就是開關電源變壓器所謂同名端異名端的由來 接著當然是大家都熟悉的匝數比的關系 在其次當然是漆包線橫截面積 這個參數主要影響電流密度 談到電流密度 我們不得不提開關電源變壓器中一個很重要的物理學規律 那就是趨膚效應(具體的解釋大家可以百度) 引入這一物理學規律 大家應該就明白為什么很多變壓器線圈采用多股漆包線繞制了 漆包線的電氣參數大致就這些 漆包線近照 [圖片]
漆包線講解完成 接著就是骨架的講解了 骨架大致可以分為臥式和立式 骨架大致由繞線槽 磁芯孔 針腳 過線槽 擋墻等組成 上近照
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，才畫的板
