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求助關于磁飽和的問題!

各位大俠好,本人最近在做一個2000W準諧振全橋開關電源,電路簡圖如下

 

在調試過程中發現一個問題,特請教各位。下圖是變壓器前級電流波形,(是在變壓器原邊加了一個互感器,然后在互感器的副邊接了一個100歐的電阻,下圖的波形就是電阻兩端的波形),當輸出電流為8A時,前級波形如圖1所示,當輸出電流加大到25A時,前級波形如圖2所示,發現頂端有彎曲上翹跡象,隨著電流繼續增大,頂端彎曲越明顯。詢問其他工程師,有的說是輸出濾波電感L飽和,有的說是諧振電感Lr飽和,所以小弟想請各位大俠幫忙分析一下,謝謝!!!

 

             圖1  輸出8A電流時前級電流波形

 

            圖2  輸出25A電流時前級電流波形

 

全部回復(32)
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2010-08-16 22:26

我認為是輸出濾波電感L飽和了。

理由如下:

正常工作的時候,諧振電感相當于和輸出電感L串聯的。那么我們知道,輸出濾波電感一般比諧振電感Lr大很多,特別是對于降壓電路來說,由于匝比的關系,輸出濾波電感折射到初級來,更顯的大了。

那么,假如是諧振電感飽和了,由于是和次級輸出電感串聯的,所以呢,電流不會明顯增加。因為諧振電感飽和,但次級輸出電感不飽和,二者串聯起來的電感還是基本不變,那么電流不應該會出現翹的現象。

反過來,假如是輸出電感飽和了,那么串聯起來的電感就只剩下諧振電感了,由于電感量很小,那么電流就會上升很快,出現翹的現象。

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huas2009
LV.2
3
2010-08-16 22:53
@讓你記得我的好
我認為是輸出濾波電感L飽和了。理由如下:正常工作的時候,諧振電感相當于和輸出電感L串聯的。那么我們知道,輸出濾波電感一般比諧振電感Lr大很多,特別是對于降壓電路來說,由于匝比的關系,輸出濾波電感折射到初級來,更顯的大了。那么,假如是諧振電感飽和了,由于是和次級輸出電感串聯的,所以呢,電流不會明顯增加。因為諧振電感飽和,但次級輸出電感不飽和,二者串聯起來的電感還是基本不變,那么電流不應該會出現翹的現象。反過來,假如是輸出電感飽和了,那么串聯起來的電感就只剩下諧振電感了,由于電感量很小,那么電流就會上升很快,出現翹的現象。

謝謝 我會記得你的好^_^

會不會有其它原因引起這種現象呢

 

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2010-08-16 23:15
@huas2009
謝謝我會記得你的好^_^會不會有其它原因引起這種現象呢 

還有一種就是變壓器飽和。

但在此處好像不大可能吧。因為大電流模式下,已經進入了連續模式,占空比就不再變化了,占空比不變化,說明變壓器的伏秒積也不變了,那么就不應該出現隨這電流增加,電流翹的更厲害的現象的。

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huas2009
LV.2
5
2010-08-17 21:08

控制芯片用的是UC3875,頻率設置在40K,而我的諧振電感為90uH,電容用的是2uF,開關管用的是SPW17N80 ,這樣的諧振電感和電容是否合適?輸出濾波電感為36uH,是否太小?  

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2010-08-18 00:35
@huas2009
控制芯片用的是UC3875,頻率設置在40K,而我的諧振電感為90uH,電容用的是2uF,開關管用的是SPW17N80,這樣的諧振電感和電容是否合適?輸出濾波電感為36uH,是否太小?  
似乎諧振電容太大了。輸出濾波電感你要計算的。按照紋波電流是輸出電流的20%考慮。
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pavel911
LV.3
7
2011-06-07 15:58
請問樓主問題是怎樣解決的,我遇到了同樣的問題,而且,我的電流是慢慢翹上去!
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2011-06-08 09:34
@pavel911
請問樓主問題是怎樣解決的,我遇到了同樣的問題,而且,我的電流是慢慢翹上去!
你的輸出濾波電感的磁芯用的是磁粉芯?
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pavel911
LV.3
9
2011-06-09 10:08
@讓你記得我的好
你的輸出濾波電感的磁芯用的是磁粉芯?
我副邊的輸出濾波電感用的是CH 270125,是一個HIGH FLUX的磁環,我副邊走50A電流的時候就會出現原邊電流上翹的現象。
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2011-06-09 16:08
@pavel911
我副邊的輸出濾波電感用的是CH270125,是一個HIGHFLUX的磁環,我副邊走50A電流的時候就會出現原邊電流上翹的現象。
磁粉芯的特性就是磁導率隨磁場強度變化。磁場強度增加則磁導率下降,那么電感系數下降,電感量下降。這就意味著次級的電感電流波形是非線性變化的,那么折射到初級也會表現為非線性的變化。
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pavel911
LV.3
11
2011-06-09 18:31
@讓你記得我的好
磁粉芯的特性就是磁導率隨磁場強度變化。磁場強度增加則磁導率下降,那么電感系數下降,電感量下降。這就意味著次級的電感電流波形是非線性變化的,那么折射到初級也會表現為非線性的變化。
我現在濾波電感換了一個比較大的鐵硅鋁的磁環,但還是會有那現象,我懷疑是主變壓器飽和了,怎么辦啊
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2011-06-09 18:47
@pavel911
我現在濾波電感換了一個比較大的鐵硅鋁的磁環,但還是會有那現象,我懷疑是主變壓器飽和了,怎么辦啊

主變是否飽和,計算一下就知道了。

鐵硅鋁磁環的磁導率也會隨磁場強度增加而下降。也會有同樣的現象的。

鐵硅鋁、高磁通、鐵鎳鉬都會有這種現象。

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pavel911
LV.3
13
2011-06-09 19:14
@讓你記得我的好
主變是否飽和,計算一下就知道了。鐵硅鋁磁環的磁導率也會隨磁場強度增加而下降。也會有同樣的現象的。鐵硅鋁、高磁通、鐵鎳鉬都會有這種現象。
我計算了我的工作磁密是0.17T,我用的主變壓器是PQ40/40,材質是PC44,最高工作磁密是0.51T。
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2011-06-09 19:45
@pavel911
我計算了我的工作磁密是0.17T,我用的主變壓器是PQ40/40,材質是PC44,最高工作磁密是0.51T。

諧振電感器真的很重要,一般選擇地磁導率、低損耗的金屬合金磁粉心;

輸出濾波電感器選用金屬磁粉心電感器要比鐵氧體的更保險。按道理你選用的是HIHG FLUX磁芯 這種磁芯直流疊加特性非常好,極不易飽和,但是選用的體積可能有點小了。

因此我現在懷疑你的諧振電感器材料選擇有問題,請問這幾個感性器件那個熱的比較厲害?如果某個感性器件帶載工作很熱,那你要仔細核算一下了。

軟開關諧振電路容易出問題,我們王總已經幫好多單位解決了實際問題,可以相互交流一下。

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pavel911
LV.3
15
2011-06-09 19:52
@ENergy-point-core
諧振電感器真的很重要,一般選擇地磁導率、低損耗的金屬合金磁粉心;輸出濾波電感器選用金屬磁粉心電感器要比鐵氧體的更保險。按道理你選用的是HIHGFLUX磁芯這種磁芯直流疊加特性非常好,極不易飽和,但是選用的體積可能有點小了。因此我現在懷疑你的諧振電感器材料選擇有問題,請問這幾個感性器件那個熱的比較厲害?如果某個感性器件帶載工作很熱,那你要仔細核算一下了。軟開關諧振電路容易出問題,我們王總已經幫好多單位解決了實際問題,可以相互交流一下。
我現在移相全橋的諧振電感和副邊的濾波電感都用到的鐵硅鋁的,溫度都不高,只有40多度。變壓器有六十多度,變壓器是PC44的磁芯,鐵氧體的。真的不知道問題出在哪里了……
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2011-06-11 23:27
@pavel911
我現在移相全橋的諧振電感和副邊的濾波電感都用到的鐵硅鋁的,溫度都不高,只有40多度。變壓器有六十多度,變壓器是PC44的磁芯,鐵氧體的。真的不知道問題出在哪里了……

如果你的計算沒有錯。那么主變壓器是沒有飽和。電流斜率發生變化,是電感磁芯材質的特性造成的。

你可以嘗試用帶氣隙的鐵氧體磁芯設計一個濾波電感上去試試,看電流斜率是否還變化。

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pavel911
LV.3
17
2011-06-11 23:29
@讓你記得我的好
如果你的計算沒有錯。那么主變壓器是沒有飽和。電流斜率發生變化,是電感磁芯材質的特性造成的。你可以嘗試用帶氣隙的鐵氧體磁芯設計一個濾波電感上去試試,看電流斜率是否還變化。

我現在懷疑我的計算有問題。

現在發現了兩個計算公式一個是:Bmax=U/4.44*f*N*Ae

另外一個是Bmax=L*Ip/N*Ae.

我計算主變壓器和后期輸出濾波電感該用哪個公式呢,求解釋!

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2011-06-11 23:52
@pavel911
我現在懷疑我的計算有問題。現在發現了兩個計算公式一個是:Bmax=U/4.44*f*N*Ae另外一個是Bmax=L*Ip/N*Ae.我計算主變壓器和后期輸出濾波電感該用哪個公式呢,求解釋!

計算變壓器用上面的,計算電感用下面的。

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pavel911
LV.3
19
2011-06-12 00:45
@讓你記得我的好
計算變壓器用上面的,計算電感用下面的。
計算變壓器的那個是不是U要乘以占空比,U應該是變壓器原邊的的電壓,對吧?我現在計算的我的Bmax=U*D/4.44*f*N*Ae=240V*0.8/4.44*50k*14*201mm^2=0.32T,我用的PC44材質的變壓器,其BS=0.51T.變壓器會飽和嗎?如果按這個公式計算,變壓器的飽和與否至于輸入電壓有關了,不應該與負載電流有關了?我負載電流增大時才會有飽和現象,那是不是應該是濾波電感飽和了?但是我計算的濾波電感的Bmax=L*Ip/N*Ae=3uH*90A/4*200mm^2=0.33T,遠小于我用的鐵硅鋁的飽和磁密1.05T,也不應該飽和啊!我哪里推斷有錯嗎?麻煩您指正!
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2011-06-12 11:10
@pavel911
計算變壓器的那個是不是U要乘以占空比,U應該是變壓器原邊的的電壓,對吧?我現在計算的我的Bmax=U*D/4.44*f*N*Ae=240V*0.8/4.44*50k*14*201mm^2=0.32T,我用的PC44材質的變壓器,其BS=0.51T.變壓器會飽和嗎?如果按這個公式計算,變壓器的飽和與否至于輸入電壓有關了,不應該與負載電流有關了?我負載電流增大時才會有飽和現象,那是不是應該是濾波電感飽和了?但是我計算的濾波電感的Bmax=L*Ip/N*Ae=3uH*90A/4*200mm^2=0.33T,遠小于我用的鐵硅鋁的飽和磁密1.05T,也不應該飽和啊!我哪里推斷有錯嗎?麻煩您指正!

的確,變壓器的計算應該按照伏秒積來計算。因為變壓器的初級繞組電流分為兩部分,一部分是勵磁電流,一部分是傳輸到次級能量的電流。傳輸到次級能量的電流和次級輸出電流的磁場抵消。所以,如果你要用LI=NBAe來計算變壓器的飽和情況,那么I必須用勵磁電流,而不能用初級電流。而勵磁電流是無法直觀的得到的。所以,我們通常不用這個公式,而采用通過伏秒積來計算。其實內在含義是一樣的。

從你的計算來看,變壓器是沒有飽和。但是對于大功率的變壓器,我們一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因為要保證磁芯不會飽和,因為磁芯還有剩磁的。另一方面,要考慮磁芯損耗。

還有,還是要注意我說的話,電流斜率變化,不代表一定就是飽和。有些磁芯的材質特性就是如此。

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pavel911
LV.3
21
2011-06-12 18:54
@讓你記得我的好
的確,變壓器的計算應該按照伏秒積來計算。因為變壓器的初級繞組電流分為兩部分,一部分是勵磁電流,一部分是傳輸到次級能量的電流。傳輸到次級能量的電流和次級輸出電流的磁場抵消。所以,如果你要用LI=NBAe來計算變壓器的飽和情況,那么I必須用勵磁電流,而不能用初級電流。而勵磁電流是無法直觀的得到的。所以,我們通常不用這個公式,而采用通過伏秒積來計算。其實內在含義是一樣的。從你的計算來看,變壓器是沒有飽和。但是對于大功率的變壓器,我們一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因為要保證磁芯不會飽和,因為磁芯還有剩磁的。另一方面,要考慮磁芯損耗。還有,還是要注意我說的話,電流斜率變化,不代表一定就是飽和。有些磁芯的材質特性就是如此。

您真好啊!好感激您!

我之前在滿壓做的實驗,輸入電壓為360V,在負載70A時就開始出現之前的類似的飽和現象。我今天剛做了實驗,把輸入電壓降低了,去輸入電壓200V,結果在滿載90A時沒有發生之前類似飽和的現象。這個現象是不是說明飽和的是變壓器了?怎么好像飽和現象和輸入功率有關呢?

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yuyan
LV.9
22
2011-06-12 19:28
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在滿壓做的實驗,輸入電壓為360V,在負載70A時就開始出現之前的類似的飽和現象。我今天剛做了實驗,把輸入電壓降低了,去輸入電壓200V,結果在滿載90A時沒有發生之前類似飽和的現象。這個現象是不是說明飽和的是變壓器了?怎么好像飽和現象和輸入功率有關呢?
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2011-06-12 22:30
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在滿壓做的實驗,輸入電壓為360V,在負載70A時就開始出現之前的類似的飽和現象。我今天剛做了實驗,把輸入電壓降低了,去輸入電壓200V,結果在滿載90A時沒有發生之前類似飽和的現象。這個現象是不是說明飽和的是變壓器了?怎么好像飽和現象和輸入功率有關呢?

按說不應該的。因為只要你輸出電壓是一樣的,那么輸入電壓變化,不會改變初級的伏秒積。

我的意思是說,200V輸入的時候,占空比會比360V的時候大,大多少呢?大1.8倍。那么,雖然輸入電壓低了,但是占空比大了,二者相乘,結果不變。

除非90A輸出的時候,你的輸出電壓是比70A的時候低。

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2011-06-12 22:32
@pavel911
您真好啊!好感激您!我之前在滿壓做的實驗,輸入電壓為360V,在負載70A時就開始出現之前的類似的飽和現象。我今天剛做了實驗,把輸入電壓降低了,去輸入電壓200V,結果在滿載90A時沒有發生之前類似飽和的現象。這個現象是不是說明飽和的是變壓器了?怎么好像飽和現象和輸入功率有關呢?

另外,你檢查過初級諧振電感的設計嗎?

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pavel911
LV.3
25
2011-06-12 23:55
@讓你記得我的好
按說不應該的。因為只要你輸出電壓是一樣的,那么輸入電壓變化,不會改變初級的伏秒積。我的意思是說,200V輸入的時候,占空比會比360V的時候大,大多少呢?大1.8倍。那么,雖然輸入電壓低了,但是占空比大了,二者相乘,結果不變。除非90A輸出的時候,你的輸出電壓是比70A的時候低。

對了,忘了告訴您了,我現在做的是開環實驗,固定占空比,輸出電壓隨著輸入電壓變化。這樣是不是說明是伏秒積變了,主變壓器飽和了?諧振電感應該是交流工作的,而且電流較小,Bs有好多裕量,溫度也不高,應該不會飽和。

還有一個問題,下圖中2通道是我變壓器原邊的電壓。

我計算公式中的占空比是不是應該取0.4,不應該取0.8啊,正半周的時候變壓器積累伏秒積,負半周期變壓器的伏秒積是下降的。

 

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LV.1
26
2011-06-13 09:17
@讓你記得我的好
的確,變壓器的計算應該按照伏秒積來計算。因為變壓器的初級繞組電流分為兩部分,一部分是勵磁電流,一部分是傳輸到次級能量的電流。傳輸到次級能量的電流和次級輸出電流的磁場抵消。所以,如果你要用LI=NBAe來計算變壓器的飽和情況,那么I必須用勵磁電流,而不能用初級電流。而勵磁電流是無法直觀的得到的。所以,我們通常不用這個公式,而采用通過伏秒積來計算。其實內在含義是一樣的。從你的計算來看,變壓器是沒有飽和。但是對于大功率的變壓器,我們一般很少把Bmax取到0.32。一方面是因為要保證磁芯不會飽和,因為磁芯還有剩磁的。另一方面,要考慮磁芯損耗。還有,還是要注意我說的話,電流斜率變化,不代表一定就是飽和。有些磁芯的材質特性就是如此。

好版,謝謝你。。

你無意間指正了一下我。。

LI=NBAe,原來這個I只是激勵電流,我以前以為是原邊總電流呢?

這個應該是對于正激類的吧?

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2011-06-13 10:13
@
好版,謝謝你。。你無意間指正了一下我。。[圖片]LI=NBAe,原來這個I只是激勵電流,我以前以為是原邊總電流呢?這個應該是對于正激類的吧?
對于反激類的成立,對于正激也是L必須是激磁電感,I是激磁電流時才成立。
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2011-06-13 10:17
@pavel911
對了,忘了告訴您了,我現在做的是開環實驗,固定占空比,輸出電壓隨著輸入電壓變化。這樣是不是說明是伏秒積變了,主變壓器飽和了?諧振電感應該是交流工作的,而且電流較小,Bs有好多裕量,溫度也不高,應該不會飽和。還有一個問題,下圖中2通道是我變壓器原邊的電壓。我計算公式中的占空比是不是應該取0.4,不應該取0.8啊,正半周的時候變壓器積累伏秒積,負半周期變壓器的伏秒積是下降的。[圖片] 

這樣吧,你自己用電磁感應定率推導一下你的公式,這樣你就明白了。這個很重要。你可以在推導過程中明白伏秒積的含義。知道雙端類變壓器和單端類變壓器的區別。知道雙向激磁和單向激磁的區別。等等。

總之,要想成為一個合格的電源工程師,這個推導是必經之路!最最關鍵的是,這個推導過程很簡單,一點不難。

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LV.1
29
2011-06-13 13:33
@讓你記得我的好
對于反激類的成立,對于正激也是L必須是激磁電感,I是激磁電流時才成立。

呵呵。。

謝謝

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pavel911
LV.3
30
2011-06-13 14:00
@讓你記得我的好
這樣吧,你自己用電磁感應定率推導一下你的公式,這樣你就明白了。這個很重要。你可以在推導過程中明白伏秒積的含義。知道雙端類變壓器和單端類變壓器的區別。知道雙向激磁和單向激磁的區別。等等。總之,要想成為一個合格的電源工程師,這個推導是必經之路!最最關鍵的是,這個推導過程很簡單,一點不難。

恩,我按您指導,推導過了!D確實應該取0.4。而且是方波電壓,分母應取4而不是4.44。這樣算的B=0.175T。按理說這個工作磁密還算安全,老師說我的磁芯有問題,讓我提高頻率做一下。不行就換磁芯。您有什么要指正的嗎?

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2011-06-13 14:37
@pavel911
恩,我按您指導,推導過了!D確實應該取0.4。而且是方波電壓,分母應取4而不是4.44。這樣算的B=0.175T。按理說這個工作磁密還算安全,老師說我的磁芯有問題,讓我提高頻率做一下。不行就換磁芯。您有什么要指正的嗎?

可以把你的推導過程寫出來嗎?

另外,問你一個問題,為什么有的公式里會有4.44這個數字呢?

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