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电源厂家介绍50W高频开关电源的优化设计

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电源厂家介绍50W高频开关电源的优化设计

近年来我国经济的飞速发展壮大,我国电力领域也在持续的发展壮大。近年来我国环保意识的提高,倡导节能环保社会,老百姓对高效率、低功耗的稳压电源的需求越来越多,安全稳定的工作更加是老百姓对其的主要需求。
1高频开关电源基本原理
1.1高频开关电源概念
一般情况下,高频开关电源主要有两种,即DC/DC和AC/DC。在这当中,前面一种早已?榛渖ひ沼胫谱骷际跏敝两袢赵诠凇⒐舛记飨蛴⒐娣丁⑼晟疲踩〉昧斯愦笙颜叩慕虾每诒
DC/DC变换器即把固定直流电压有效转变成可变直流电压,一般运用在开关电源,许多情况下都要求输入和输出间完成电隔离,这就一定要采用变压器完成隔离,称之为隔离变压器。
这类变压器是把直流的电流或电压转化成高频的电流或电压,在完成科学升降后,再利用整流平滑滤波转化成直流的电流或电压。
1.2工作原理
高频开关电源中的AC/DC变换,属于把交流转化成直流的一个过程,其功率可以是双向的流向,功率流从负载回到电源的,称之为有源逆变;功率流从电源出发至负载的,称之为整流。在具体工作过程中,AC/DC需要利用滤波和整流,因此需要大体积滤波容器。此外,因为受制于有关安全标准,采用的交流电理应严格按照有关的安全标准,这使AC/DC的电源体积小型化极难实现;另一方面,受制于内部的大电流开关动作和高压、高频等,致使电磁兼容难度有所增加,这要求内部的高密度安装电路有关制作一定具有高标准。对于上述情况,只有对电源系统充分优化,才可以有效将工作效率及设计标准和要求提高。
2高频开关电源的制作
2.1开关电源构成
在具体的工作过程中,AC/DC的开关电源有两大主要组成部分,即控制电路和主电路。在这当中,控制电路主要有辅助电源电路、控制电路、保护动作电路和检测电路等,且关键的部分是DC/DC变换器;主电路主要有输出整流滤波电路、输入EMI滤波电路、DC/DC变换器和输入整流滤波电路等。
2.2高频变压器
开关电源主要的核心即变压器,因此,变压器的品质是否良好将对开关电源整体性能造成直接影响,特别对高频开关电源,变压器将会遭受许多因素干扰。因此,在制作高频开关电源的过程中,重点在于制作高频变压器。
2.3铁氧体和磁芯
一般情况下,开关电源常用的软磁材料包括硅钢片、非晶态合金、铁粉芯、铁氧体和恒导合金等,在这当中最常见的是铁氧体。
(1)最多见的铁氧体,属于黑色或者深灰色的一种陶瓷类型材料,其拥有较好的化学稳定性,材质脆、硬。当中运用较多的主要是镍锌和锰锌这两种组合,通常会将其它金属加入上述组合中,以便于使磁特点符合标准。工作人员可以把铁氧体做为形状符合需求的磁芯,并根据原材料的差异配制,获得差异性能,例如剩磁特点、电阻率、居里温度、磁感应强度的温度特点、起始磁导率、损耗的温度特点和饱和磁感应强度等。
(2)通常情况下,开关电源变压器的磁芯主要为磁导率和电阻率较高、矫顽力较低且用于低磁场的软磁材料。
①磁导率较高,可以在对线圈匝数进行确定时,较小激磁电流的通过便可以使之具备的磁感应强度较大,这样一来,线圈承受外加电压可以比较高,这在输出定功率时,可以使磁芯的体积变小。②电阻率较高,涡流和铁耗就小。③较低的矫顽力,也可以减少铁耗。
2.4磁芯磁滞损耗
2.4.1相关定义
外磁场在作用于磁性材料时,会有和外磁场的方向差距较小的部分磁畴出现“弹性转动”现象,在去掉外磁场时,这部分磁畴可以恢复到原本方向;与此同时,另一部分的磁畴在对磁畴壁摩擦进行充分克服后,会出现“刚性转动”的现象,在去掉外磁场时,这部分磁畴依然维持磁化的方向。这便导致在磁化过程中,会有两种能量被送至磁场,当中前者将会转化成势能,后者转换成克服摩擦,致使磁芯逐渐发热直至被消耗掉,即磁滞损耗。
2.4.2剩余的损耗
(1)这类损耗主要指由磁性滯后或者磁化弛豫等效应所引起的一种损耗,即总损耗减去涡流损耗和磁滞损耗后剩余的损耗。在具体的磁性发生过程中,磁化的状态并不是受到磁化强度发生变化后,立刻变化至自身最终的状态,而是需要适当的变化时间,而这种时间差异便会造成剩余损耗。当中,铁氧体造成的剩余损耗主要有尺寸共振损耗、自旋共振损耗和顺德壁共振损耗等。
(2)在达到数百kHz的高频磁芯中,剩余损耗和涡流损耗比磁滞损耗大;在低频中,磁芯损耗几乎都属于磁滞损耗。
2.5变压器的线圈绕组
(1)在设计变压器时,不仅要注意设计其磁芯,也应该注意其绕组设计。磁芯和绕组综合的特点组成了磁性器件整体特点。在低频时,变压器受到寄生参数如漏感的干扰和激磁电感较小,其线圈设计的依据,主要是根据线圈直流电阻引起的允许损耗。
(2)对于高频开关电源,设计高频磁性元件的主要凭证依旧是损耗。在增加频率的过程中,高频电流将会在线圈内引发极强的“高频效应”,与此同时,电容以及寄生电感也会对开关电源电路的整体性能产生极强的影响,从而产生电磁干扰、产生电压尖峰以及寄生振荡等,极大地降低了效率。所以,必须科学地确定导线直径与类型、绕组匝数与结构、绕制的方式及其安装的方式。
3结语

本文介绍了高频开关电源的优化设计。其中主电路部分在高频开关电源中占据着重要地位,控制电路部分的神经系统决定了其功能是否可以充分发挥,而整个系统性能又会取决于控制电路部分的整体设计效果。所以,应该十分注重主电路的设计。与普通的高频变压器不同,用于高频谐振电源的高频变压器的频率更高、功率更大,电压的等级也会更高,所以在高频变压器发热以及绝缘体设计的方面提出了更高的要求,这些方面都是值得注意的。


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| 发布时间:2020.12.18    来源:
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