呵呵,首先,大家要抱持懷疑的態(tài)度,無論是前輩們已經(jīng)直接給出過的公式,抑或是我在此處提出的結(jié)論,都有可能是錯誤的,只要你能帶著自己的看法和理解,去了解各家的思維,我們就能共同進步 我們來討論磁芯的AP值與功率的關(guān)系,網(wǎng)上有許多的AP公式,大家都拿來直接用就是,在設(shè)計過程中,如果發(fā)現(xiàn)根據(jù)公式選擇的磁芯不能滿足自己的設(shè)計的時候,最直接的方法是,重新選取一個AP值較大的磁芯重新設(shè)計,直到符合要求。 其實磁芯的AP值與功率的關(guān)系,要推算出來的話,也不復雜。AP值為什么能限制磁芯的輸出功率呢,AP值分為兩個部分,Ae:磁芯橫截面積;Ab:窗口面積,我的理解,它們是這樣影響功率輸出的: Ae 磁芯橫截面積對磁芯輸出功率的影響:根據(jù)法拉第電磁定律,Np=Vdc*Ton/dB*Ae,可知,如果Ae的面積越小,需要的匝數(shù)就越多,窗口面積需求就越大,對于選定的磁芯其窗口面積是有限的,所以必須重新選擇窗口面積大的磁芯才能滿足功率輸出。 Ab磁芯窗口面積對磁芯輸出功率的影響:一般我們根據(jù)導線允許的電流密度和線圈的有效值電流選取合適的線徑,選取的導線的橫截面積為Irms/J ,J一般可取450A/cm2,則初級線圈所占的窗口面積為Np*Irms/J,一般情況下初級線圈與次級線圈各占一半的窗口面積,而且只能利用窗口面積的一部分,系數(shù)Ku大概為0.4左右,所以Np*Irms/J=Ab*Ku/2,我們發(fā)現(xiàn)Np*Irms= Ab*Ku*J/2與Ab成正比,。Irms直接關(guān)系到功率輸出的值,如果增大功率輸出就增大了有效值電流,就必須增加窗口面積Ab,或者減少線圈匝數(shù)Np,減少線圈匝數(shù)就必須增大磁芯面積Ae(根據(jù)關(guān)系式Np=Vdc*Ton/dB*Ae),最終都是要增大AP值。
【討論】討論一下磁芯的AP值與功率的關(guān)系,說不定相差5倍!
先來看看斷續(xù)模式DCM下情況
輸入功率= Po/η=Vin*(Ip/2)*(Ton/T).
上式中Po為輸出功率,假設(shè)系統(tǒng)的效率為80%,最大占空比在最小輸入額定輸出的情況下為0.5,Ip為初級峰值電流。現(xiàn)在我們在0.5的占空比下來計算,由上可得 :Pomax= Vinmin*(Ip/2)*(0.5)*0.8
即:Pomax=0.2* Vinmin*Ip (1)
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有:
Vinmin=Np*dB*Ae*10-4/0.5T =2*Np*dB*Ae*f*10-4 (2)
2代入1式可得:
Pomax=0.4*Np*dB*Ae*f* Ip *10-4 (3)
允許線圈電流密度為J (A/cm2),,J一般取450A/cm2
窗口利用系數(shù)為Ku,假設(shè)初次級各利用窗口面積的一半,
則選取的導線截面積最小為 Irms /J (cm2)。
初級線圈利用的面積為Np* Irms/J=Ab*Ku/2 (cm2) (4)
輸入電流為三角波,有效值為
Irms = (Ip/根號3)*根號(Ton/T) = Ip*根號(0.5/3)=0.4*Ip (A) (5)
5代入4式可得,Np* 0.4*Ip /J=Ab*Ku/2 (cm2)所以有:
Np*Ip= Ab*Ku*J/0.8* (6)
代入3式中即得:
Pomax=Ae*Ab*dB*f*Ab*Ku*J*10-4/2
故得DCM模式下磁芯AP值與功率的關(guān)系:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J (cm4)
用同樣的方法,也可以算的CCM模式下(紋波率dI/Idc=0.2)磁芯AP值跟功率的關(guān)系與上式形式相同:
①若為反激式變換DCM模式,則Pomax=f*L*Ip2*/2,dB=Bmax,所以:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ Bmax *f*Ku*J
AP= Ae*Ab= L*Ip2*104/ Bmax*Ku*J
②若為反激式變換CCM模式,若紋波率dI / Idc=0.2,則Ip= Idc+dI/2=5.5dI,此可保證變換器在10%滿載載的時候臨界連續(xù),則dB=0.18*Bmax,所以
AP= Ae*Ab= 1.8*Pomax*104/ 0.18*Bmax*f*Ku*J
AP= Ae*Ab= 10*Pomax*104/ Bmax*f*Ku*J
即反激CCM模式需用的磁芯AP值可能達到反激DCM的5倍(紋波率dI / Idc=0.2條件下)
③正激式變換CCM/DCM模式, dB=Bmax,所以:
AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J
④結(jié)論,正激DCM/CCM與反激DCM磁芯輸出功率相同
不知道有沒有錯誤,如果各位有不同的看法,大家討論一些哈
沒用過,個人感覺這個計算也太麻煩了。
在晚上12點左右電源網(wǎng)是有點卡,可能是在升級吧。
你的思路是正確的,所以我也計算了CCM下AP的公式,最后得出的結(jié)果是一樣的。
帖中第一部分最后做過說明"用同樣的方法,也可以算的CCM模式下磁芯AP值跟功率的關(guān)系與上式相同"
設(shè)ccm模式下電流階梯斜波的兩個高度為Ip1,Ip2,則 Po/η=Vin*((Ip1+Ip2)/2)*(Ton/T)
這里的電流波形的平均值與DCM不同,有效值電流也不同,如果電流波形紋波率很小的話,可以等效為平頂?shù)姆讲ǎ沁@樣算出來的有效值電流與實際的有效值電流還是有一點區(qū)別的。有興趣你可以驗證DCM與CCM表達式是否一樣。
那請你幫我看一下我的推導,輸入太麻煩了,只好把之前的推導拍了傳上來,有點模糊,不要介意。
那CCM中的Ipav指的就是前面說的(Ip1+Ip2)/2
計算有效電流的時候把階梯斜波當成了平頂方波處理來計算會方便很多,設(shè)計的電流紋波率dI/Ipav=0.2,很小,所以誤差也是很小的。
另外我沒明白你說的‘CCM模式下,如果紋波很小或者幾乎為平頂方波的時候,輸出功率是接近0的。’請煩細說,謝謝。
公式的輸入確實有些麻煩,相片完全看的清楚沒問題。 推導中下面的CCM模式中,
如果處于臨界的狀態(tài) Ip2=0,則 Ipav = P1/2 ,那么算出來的結(jié)果與下面DCM中的結(jié)果已經(jīng)不同。看看是哪出了問題 ~
CCM模式 由于變壓器中的能量在一個周期內(nèi)沒有全部由初級傳遞到次級,剩余的 能量為 E= I22L/2 ; 如果 I2 近似等于 I1,那么就沒有什么能量輸出了 ~
傳送的能量是為L(IP12-IP22)/2,剩余的能量是為L*IP22/2,在連續(xù)模式中,電流的斜率變小,所以必須增加電感來滿足功率的輸出。另外由L=V*Ton/dI可知,電感量也的確是需要很大的。
就看你設(shè)計的最終指標,假如比較苛刻,需要在10%滿載的時候仍然連續(xù),那么電流的斜率就不能比0.2大,最終需要的電感量就要那么多。在滿載時傳送到負載的能量想對于磁芯儲存的能量只是其中一部分。可以計算一下滿載的時候:
dI/Ipav=0.2,Ipav=5dI, IP1=Ipav+dI/2=5.5dI,IP2=4.5dI.
傳送的能量為L(IP12-IP22)/2=5*L*dI2
剩余的能量為IP22/2=10*L*dI2
上面的意思就是說,電流從4.5dI升到5.5dI,磁芯能傳遞的能量為儲存的三分之一左右。
如果電源要求在50%負載的時候連續(xù),電流的斜率就可以大很多了,
dI/Ipav=0.5,Ipav=2dI, IP1=Ipav+dI/2=3dI,IP2=1dI.
傳送的能量為L(IP12-IP22)/2=4*L*dI2
剩余的能量為IP22/2=0.5*L*dI2,只是傳送能量的八分之一……
我那里計算電流有效值的方法,只適合CCM模式,而且初級電流偏置很大的情況(dI/Ipav=0.2),所以與dcm模式下的電流表達式是完全不一樣的。
好吧,那咱們就拿你這個例子‘假設(shè)DCM模式 Ip=1A; L=1mH, 則一個周期內(nèi)傳遞的能量為 E=L*IP2/2’來討論,從你給出的參數(shù)可以看出,輸出功率為50W,如果不計損耗效率為100%的話,可以得知輸入電壓為200Vdc。
如果要設(shè)計在CCM模式下,那么初級線圈的峰值電流肯定比DCM模式的峰值電流低多了,所以你的假設(shè)“假設(shè) Ip1=1A, 則 Ip2=0.82A”是不成立的。其實我們是可以算出來CCM下Ipav=0.5A,若 Ipav=5dI的話,Ip1=0.55A, 則 Ip2=0.45A,需要的電感量是為10mH,又
Ae = Ip*L/(N*Bm)中,N,Bm均不變,Ip是DCM的0.55倍,算出來Ae就是DCM模式的5.5倍了。
另外我們再看Ab有什么變化,DCM中,峰值電流為1A,有效值電流是為0.4A,而CCM模式中,有效值電流約為0.35A,兩種模式選用的線徑面積接近,所以如果匝數(shù)相同的話窗口面積也是基本相同的。
上面的結(jié)論,CCM模式AP值是DCM模式AP值的5.5*0.35/0.4=4.8倍
其實我們可以從L=Vin*Ton/dI可知道,電感值與dI成反比的,若DI很小的話是需要很大的電感量,比如上面dI=0.1A,需要的電感量要10mH,要獲得這樣大的電感量,似乎有困難。
假如輸出功率增大10倍,Ipav能達到5A,那么dI=1A,需要的電感量只需1mH了,要獲得這個電感量應(yīng)該沒什么難度了。
所以這里還驗證了不知道哪位大師說過的“小功率反激電源適合設(shè)計在DCM模式,大功率反激電源適合設(shè)計為CCM模式”
呵呵,謝謝你回復,可以看出你對這個問題的認真態(tài)度。
Ton減小是能減少初級的電感量,如果上面變換器占空比依你的意思,改到0.25,初級的電感量的電感量只需要2.5mH了。等下我看看在0.25占空比的情況下AP值會有什么變化。等下我可以把我的推算寫下來讓你參考。
算的不錯! 也就是說深度CCM模式下的無論怎么設(shè)計,AP值都要大很多。改變Dmax只可以減小電感量使磁芯不飽和,但影響不了AP。這個結(jié)論也合理,深度CCM模式下變壓器中儲存的能量只有小部分能傳遞到次級,變壓器理應(yīng)大幾倍。
返回頭看公式 AP= Ae*Ab= 2*Pomax*104/ dB*f*Ku*J 還是只適用于DCM。公式中Ku*J 為常數(shù),在 Pomax 和 f 一定的情況下,AP只和 dB有關(guān)。對于DCM來說 dB=Bm,但對CCM來講,這個dB不得而知,AP也就無從而定 ~