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開(kāi)關(guān)電源變壓器范文第1篇

高頻變壓器和脈沖變壓器的區(qū)別有：

1、高頻變壓器是工作頻率超過(guò)中頻的電源變壓器，主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源中作高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器，也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源變壓器的；

2、脈沖變壓器是一種寬頻變壓器。對(duì)通信用的變壓器而言，非線性畸變是一個(gè)極重要的指標(biāo)，因此要求變壓器工作在磁心的起始導(dǎo)磁率處，以至即使象輸入變壓器那樣功率非常小的變壓器，外形也不得不取得相當(dāng)大。除了要考慮變壓器的頻率特性，怎樣減少損耗也是一個(gè)很需要關(guān)心的問(wèn)題。

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開(kāi)關(guān)電源變壓器范文第2篇

關(guān)鍵詞：串聯(lián)驅(qū)動(dòng)器；恒流源；高功率LED

引言

隨著大功率LED的問(wèn)世，因其發(fā)光效率是一般熒光燈或白熾燈的5-7倍，節(jié)能效果十分顯著。因而，大功率LED具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，單個(gè)大功率LED已有1W、3W、5W和10W，已被大量使用的是1W和3W的大功率LED，采用多個(gè)大功率LED串聯(lián)和并聯(lián)，其組合輸出功率已達(dá)70W-100W。

大功率LED雖具有發(fā)光效率高和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但其管壓降的不一致卻是需要克服的缺點(diǎn)。其次，大功率LED的溫度特性較差。隨著結(jié)溫和環(huán)境溫度的改變，其管子的電流和發(fā)光效率變化很大，這也給使用帶來(lái)了不便。

由于大功率LED存在以上缺點(diǎn)，人們?cè)谑褂脮r(shí)多采用兩種驅(qū)動(dòng)方案：1．恒壓源驅(qū)動(dòng)。即采用多個(gè)LED并聯(lián)后用恒壓源驅(qū)動(dòng)。這樣，由于LED的管壓降不一致，使得二極管的電流不一致，從而其發(fā)光效率也大不一樣。在大功率LED中，此方案應(yīng)用較少。2．恒流源驅(qū)動(dòng)。由于大功率LED的管壓降不一致，另外，LED受其結(jié)溫和環(huán)境溫度的影響較大，所以，用多個(gè)LED串聯(lián)，并用恒流源驅(qū)動(dòng)能有效克服上述缺點(diǎn)。

大功率LED的主要特性工作波長(zhǎng)

大功率LED的工作波長(zhǎng)與其發(fā)光的顏色有關(guān)。例如，冷白光LED的工作波長(zhǎng)在525埃-600埃之間，而暖白光LED的工作波長(zhǎng)在525埃－675埃之間。

正向壓降

大功率LED的正向電壓每變化0.1V時(shí)，其電流變化約100mA

工作電流與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系

大功率LED的發(fā)光強(qiáng)度與其結(jié)溫和環(huán)境溫度有關(guān)。這主要是由于溫度升高時(shí)，其工作電流也相應(yīng)減小，同樣，LED的發(fā)光強(qiáng)度與其工作電流的關(guān)系近似為線性，對(duì)于1W和3W的LED，其工作電流每減少100mA，發(fā)光強(qiáng)度減少約15％。

高功率LED串聯(lián)恒流源驅(qū)動(dòng)器的原理

目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)的高功率LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)器有其局限性，一般為3-6個(gè)LED串聯(lián)，且個(gè)數(shù)要一定，不能任意聯(lián)接。本文提出一種任意個(gè)(1-20個(gè))LED串聯(lián)的恒流源驅(qū)動(dòng)方案，其工作原理如下：

以1W的LED為例，其額定電流為350mA。由于某種原因使LED電流減小時(shí)，恒流源電路采集到變化(減小)的電流值，進(jìn)行放大后，通過(guò)U1，傳輸給控制電路?？刂齐娐穼?duì)采樣信號(hào)進(jìn)行反相處理，輸出脈沖寬度增大。寬度增大的輸出脈沖驅(qū)動(dòng)功率轉(zhuǎn)換級(jí)的功率管D5，使得次級(jí)輸出電壓增加。這樣，串聯(lián)LED兩端的電壓也增大，于是，流過(guò)LED的電流也增大，這就維持了LED的電流恒定。同樣，若由于某種原因，使LED的電流增大時(shí)，其控制過(guò)程相反。這種恒流源驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)就在于：不管LED的管壓降差異有多大，其結(jié)溫和環(huán)境溫度的變化引起二極管的電流變化有多大，都能通過(guò)高速的恒流源電路的快速調(diào)整，來(lái)維持LED的電流恒定。

高功率LED恒流源驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題 設(shè)計(jì)高功率LED恒流源驅(qū)動(dòng)器時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

1 根據(jù)串聯(lián)LED的個(gè)數(shù)來(lái)選擇控制電路的控制芯片。因?yàn)長(zhǎng)ED的個(gè)數(shù)不同，所需芯片的輸出功率也就不同。圖1中選擇的是ICE2A165，也可選擇其它類似的開(kāi)關(guān)電源控制芯片。

2 開(kāi)關(guān)電源變壓器的漏感應(yīng)盡量小，否則會(huì)使驅(qū)動(dòng)器的可靠性降低。因?yàn)樽儔浩鞯穆└写?，在開(kāi)關(guān)截止的瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的反向尖峰電壓，嚴(yán)重時(shí)有可能超過(guò)控制開(kāi)關(guān)的耐壓，而使芯片擊穿，造成驅(qū)動(dòng)器的可靠性大大降低。開(kāi)關(guān)電源變壓器T1是該產(chǎn)品的關(guān)鍵件，有必要在專業(yè)廠家制作。

3 恒流源電路的工作速度要快，這樣可以使LED更安全。因?yàn)楸疚奶岢龅腖ED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)器是任意個(gè)(1-20個(gè))串聯(lián)，這樣就要求開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓變化速度要快，若調(diào)整速度不快，則可能造成LED的損壞。

開(kāi)關(guān)電源變壓器范文第3篇

引言

MESPELAGE于1977年提出了高頻鏈逆變技術(shù)的新概念[1]。高頻鏈逆變技術(shù)與常規(guī)的逆變技術(shù)最大的不同，在于利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出的電氣隔離，減小了變壓器的體積和重量。近年來(lái)，高頻鏈技術(shù)引起人們?cè)絹?lái)越多的興趣。

1 概述

圖1是傳統(tǒng)的逆變器框圖。其缺點(diǎn)是采用了笨重龐大的工頻變壓器和濾波電感，導(dǎo)致效率低，噪音大，可靠性差。另外，諧波含量大，波形畸變嚴(yán)重，與要求的優(yōu)質(zhì)正弦波相差甚遠(yuǎn)。

    圖2所示為電壓源高頻鏈逆變器的框圖，該方案是當(dāng)今研究的最先進(jìn)方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的優(yōu)點(diǎn)，諸如，以小型的高頻變壓器替代工頻變壓器；只有兩級(jí)功率變換；正弦波質(zhì)量高；控制靈活等。高頻變壓器是高頻鏈的核心部件，肩負(fù)著隔離和傳輸功率的重任，其性能好壞直接決定逆變器的性能好壞。不合格的變壓器溫升高，效率低，漏感嚴(yán)重，輸出波形畸變大，直接影響電路的穩(wěn)定性和可靠性，甚至損壞開(kāi)關(guān)器件，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高頻變壓器首先應(yīng)該從磁芯開(kāi)始。開(kāi)關(guān)電源變壓器磁芯多是在低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，它有較高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時(shí)，通過(guò)不大的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高的電阻率，則渦流小，鐵耗小。各種磁芯物理性能及價(jià)格比如表1所列。鐵氧體材料是復(fù)合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下使用，但Bs值比較小，常使用在開(kāi)關(guān)電源中。本文采用的就是鐵氧體材料。

表1 各種磁芯特性比較表

磁芯類型

非晶合金

薄硅鋼片

坡莫合金

鐵氧體

鐵損

低

高

中

低

磁導(dǎo)率

高

低

高

中

飽和磁密

高

高

中

低

溫度影響

中

小

小

中

加工

難

易

易

易

價(jià)格

中

低

中

低

高頻變壓器的設(shè)計(jì)通常采用兩種方法[3]：第一種是先求出磁芯窗口面積AW與磁芯有效截面積Ae的乘積AP（AP=AW×Ae，稱磁芯面積乘積），根據(jù)AP值，查表找出所需磁性材料之編號(hào)；第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號(hào)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)討論如何用AP法設(shè)計(jì)高頻變壓器。

原邊NP匝，副邊Ns匝的變壓器，在NP匝上以電壓V1開(kāi)關(guān)工作時(shí)，根據(jù)法拉第定律，有

V1=KffsNPBWAe    （1）

式中：Kf為波形系數(shù)，即有效值和平均值之比，正

弦波為4.44，方波為4；

fs為工作頻率；

BW為工作磁通密度。

NP=V1/(KffsBwAe)    (2)

鐵芯窗口面積AW乘以窗口使用系數(shù)Ko（一般取0?4）為有效面積，該面積為原邊繞組NP占據(jù)的窗口面積NPAP′與副邊繞組Ns占據(jù)的窗口面積NsAs′之和，即

KoAW=NPAP′＋NsAs′    （3）

式中：AP′及As′分別為原、副邊繞組每匝的截面積。

每匝所占用面積與流過(guò)該匝的電流值I和電流密度J有關(guān)，如式（4）所示。

AP′=I1/J

As′=I2/J    (4)

將式（4）代入式（3），則得

KoAW=(V1/KffsBwAe)I1/J＋(V2/KffsBwAc)(I2/J)

即AWAe=(V1I1+V2I2)/(KoKffsBwJ)    (5)

電流密度J直接影響到溫升，亦影響到AWAe，其關(guān)系可用式（6）表示。

J=KJ(AWAe)X    (6)

式中：KJ為電流密度系數(shù)；X為常數(shù)，由所用磁芯確定。

若變壓器的視在功率PT=V1I1＋V2I2，則

AWAe=(PT)/(KoKffsBwJ(AWAe)x

即AP=(PT×10 4)/(KoKffsBwKJ)(1/1+X)    (7)

式中：AP單位為cm4，其余的單位為國(guó)際單位制。

視在功率隨線路結(jié)構(gòu)不同而不同。如圖3所示。變壓器效率為η，則在圖3（a）中

PT=Po＋Pi=Po＋Po/η=Po(1+1/η)

在圖3（b）中

在圖3（c）中

本文采用圖3（b）的結(jié)構(gòu)，VDC=24V，Po=250W，設(shè)η=0.95，則

若采用E型磁芯，允許溫升25℃，則有KJ=323，X=－0.14。飽和磁密約為0.35T，考慮到高溫時(shí)飽和磁密會(huì)下降，同時(shí)，為了防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，取飽和磁密的1/3為變壓器的工作磁密，即BW=0.117T。工作頻率為20kHz，由式（7）

可得

取10％的裕度，即AP=6.65×（1＋10％）≈7.28cm4，查手冊(cè)選取E17鐵氧體磁芯，其AW=2.56cm2，Ae=3.80cm2，AP=9.73cm4，滿足要求。

確定磁芯材料后，則其他參數(shù)計(jì)算如下：

1）原邊繞組匝數(shù)NP

NP=(V1)/(KffsBwAe)≈7匝；

2）原邊電流IP

IP=(Po)/(VDCη)≈10.96A；

3）電流密度JJ=KJ(AWAe)x=234.9A/cm2；

4）原邊繞組裸線面積AXP

AXP=Ip/J≈0.04666cm2；

5)副邊繞組匝數(shù)Ns逆變器工作時(shí)占空比D=0.75，幅值為根號(hào)2 220V，則

Ns=(NpV2)/DV1=120.99≈121匝

6）副邊繞組裸線面積AXS注意中間抽頭變壓器Io須乘0.707的校正系數(shù)，則

AXS=(Io×0.707)/J=(Po×0.707)/(Vo×J)=(250×0.707)/(220×234.9)

=0.00342cm2。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用圖3（b）的結(jié)構(gòu)，參數(shù)如下：

輸入電壓DC24V；

開(kāi)關(guān)頻率20kHz；

占空比D=0.75；

輸出電壓AC220V；

輸出功率250W；

輸出頻率50Hz；

變壓器磁芯E17鐵氧體磁芯；

原邊繞組匝數(shù)7匝；

副邊繞組匝數(shù)121匝。

該高頻鏈工作穩(wěn)定可靠，噪聲很小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該高頻變壓器滿足實(shí)際要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1）設(shè)計(jì)中，在最大輸出功率時(shí)，磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不應(yīng)達(dá)到飽和，以免在大信號(hào)時(shí)產(chǎn)生失真。

開(kāi)關(guān)電源變壓器范文第4篇

論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類納米磁性材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

1引言

磁性材料一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)的重要支柱與基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域，在微機(jī)、大型計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用具有重要地位。信息化發(fā)展的總趨勢(shì)是向小、輕、薄以及多功能方向進(jìn)展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發(fā)展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級(jí)，通常在1～100nm的準(zhǔn)零維超細(xì)微粉，一維超薄膜或二維超細(xì)纖維（絲）或由它們組成的固態(tài)或液態(tài)磁性材料。當(dāng)傳統(tǒng)固體材料經(jīng)過(guò)科技手段被細(xì)化到納米級(jí)時(shí)，其表面和量子隧道等效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)和能態(tài)的變化，產(chǎn)生了許多獨(dú)特的光、電、磁、力學(xué)等物理化學(xué)特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質(zhì)變”。納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應(yīng)、超順磁性、宏觀量子隧道效應(yīng)、磁有序顆粒的小尺寸效應(yīng)、特異的表觀磁性等。

2納米磁性材料的研究概況

納米磁性材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類。

2.1納米顆粒型

磁存儲(chǔ)介質(zhì)材料：近年來(lái)隨著信息量飛速增加，要求記錄介質(zhì)材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質(zhì)材料與超微粒有密切的關(guān)系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。

納米磁記錄介質(zhì)：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進(jìn)一步提高密度向“量子磁盤”化發(fā)展，利用磁納米線的存儲(chǔ)特性，記錄密度達(dá)400Gbit/in2，相當(dāng)于每平方英寸可存儲(chǔ)20萬(wàn)部紅樓夢(mèng)小說(shuō)。

磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構(gòu)成。利用磁性液體可以被磁場(chǎng)控制的特性，用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場(chǎng)分布，從而可將磁性液體約束在磁場(chǎng)之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，且沒(méi)有磨損，可以做到長(zhǎng)壽命的動(dòng)態(tài)密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應(yīng)用之一。此外，在電子計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無(wú)聲快速的磁印刷、磁性液體發(fā)電機(jī)、醫(yī)療中的造影劑等等。

納米磁性藥物：磁性治療技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究領(lǐng)域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進(jìn)人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細(xì)胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細(xì)胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強(qiáng)藥物治療作用。

電波吸收（隱身）材料：納米粒子對(duì)紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過(guò)率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。

2.2納米微晶型

納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發(fā)展突飛猛進(jìn)，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積達(dá)到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。為進(jìn)一步改善磁性能，目前已經(jīng)用速凝薄片合金的生產(chǎn)工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結(jié)釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價(jià)格等缺點(diǎn)，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開(kāi)發(fā)研制復(fù)合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就可獲得高飽和磁化強(qiáng)度和高矯頑力的新型永磁材料。轉(zhuǎn)

納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發(fā)現(xiàn)在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經(jīng)適當(dāng)溫度晶化退火后，獲得一種性能優(yōu)異的具有超細(xì)晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開(kāi)發(fā)成各種各樣的磁性器，應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、濾波器、漏電保護(hù)器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3磁微電子結(jié)構(gòu)材料

巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構(gòu)成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點(diǎn)是電阻率高，稱為巨磁電阻效應(yīng)材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優(yōu)良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應(yīng)大，可便器件小型化、廉價(jià)，可作成各種傳感器件，例如，測(cè)量位移、角度，數(shù)控機(jī)床、汽車測(cè)速，旋轉(zhuǎn)編碼器，微弱磁場(chǎng)探測(cè)器（SQUIDS）等

磁性薄膜變壓器：個(gè)人電腦和手機(jī)的小型化，必須采用高頻開(kāi)關(guān)電源，并且工作頻率越來(lái)越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步向輕薄小方向發(fā)展，立體的三維結(jié)構(gòu)鐵芯已經(jīng)不能滿足要求，只有向低維的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展，才能使高度更薄、長(zhǎng)度更短、體積更小。對(duì)于10～25W小功率開(kāi)關(guān)電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個(gè)微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結(jié)構(gòu)，而是二維平面結(jié)構(gòu)，其物理特性也與原來(lái)的立體結(jié)構(gòu)不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。

磁光存儲(chǔ)器：當(dāng)前只讀和一次刻錄式的光盤已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是可重復(fù)寫、擦的光盤還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。最具有發(fā)展前途的是磁性材料介質(zhì)的磁光存儲(chǔ)器，其可以像磁盤一樣反復(fù)多次地重復(fù)記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質(zhì)和記錄磁頭的局限性，其存儲(chǔ)密度已經(jīng)達(dá)到極限；另外其已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)的發(fā)展要求，無(wú)法在一張盤上存儲(chǔ)更多的圖象和數(shù)據(jù)。采用磁光盤存儲(chǔ)，就能在一張盤上記錄數(shù)千兆字節(jié)到數(shù)十千兆字節(jié)的容量，并且能反復(fù)地擦寫使用。

3展望

納米技術(shù)是本世紀(jì)前20年的主導(dǎo)技術(shù),納米材料是納米技術(shù)的核心,是21世紀(jì)最有前途的材料,也是納米技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)之一。納米科技的發(fā)展給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了跨越式發(fā)展的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),納米級(jí)磁性材料的開(kāi)發(fā)和研究是磁性材料發(fā)展的一個(gè)必然方向,但同時(shí)也應(yīng)重視用納米技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行納米改性方面的研究,以全面提高企業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力,在世界民族之林樹(shù)立中華民族的大旗。

參考文獻(xiàn)

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開(kāi)關(guān)電源變壓器范文第5篇

【關(guān)鍵詞】DC-DC；功率因素校正；電感

Abstract：The theoretical analysis and experiments of the PFC inductance used in the Boost circuit are presented in this paper.To launch the circuit inductance value under knowning the index of designing,put forward the theoretical equation.The experimental results prove that designing of PFC（power factor correction）inductance meets the requirements.

Key words：DC-DC；PFC；inductance

1.引言

功率因數(shù)校正即PFC是十幾年電源技術(shù)進(jìn)步的重大領(lǐng)域，由于在設(shè)計(jì)DC-DC轉(zhuǎn)換器中，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的諧波分量。而諧波對(duì)電路的設(shè)計(jì)有著重大的危害，包括：（1）對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染；（2）造成諧波壓降；（3）正弦波波形畸變；（4）產(chǎn)生電路故障，變電設(shè)備損壞。因此PFC電感的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為必要。它的基本原理是：（1）電源輸入電流實(shí)現(xiàn)正弦波，正弦波就是使其諧波為零，電流失真因數(shù)THD=1；（2）保證電流相位與輸入電壓相位相同，相移因數(shù)為1；（3）最終實(shí)現(xiàn)PFC=1的設(shè)計(jì)工作目標(biāo)。

（1）

（2）

（3）

電感根據(jù)其用途分為：片狀電感、功率電感、色環(huán)電感、豆形電感、立式電感、軸向?yàn)V波電感、磁環(huán)電感、空氣芯電感。電感使用的場(chǎng)合：潮濕與干燥、環(huán)境溫度的高低、高頻或低頻環(huán)境、要讓電感表現(xiàn)的是感性，還是阻抗特性等，都要注意。

2.電感的特性和設(shè)計(jì)

2.1 電感的頻率特性

在低頻時(shí)，電感一般呈現(xiàn)電感特性，既只起蓄能，濾高頻的特性。但在高頻時(shí)，它的阻抗特性表現(xiàn)的很明顯。有耗能發(fā)熱，感性效應(yīng)降低等現(xiàn)象。不同的電感的高頻特性都不一樣。鐵氧體材料的電感加以解說(shuō)：鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導(dǎo)磁率，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)用，因?yàn)樵诘皖l時(shí)他們主要程電感特性，使得線上的損耗很小。在高頻情況下，他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實(shí)際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實(shí)際上，鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過(guò)電阻。鐵氧體是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由他的電阻特性決定的。

2.2 電感的設(shè)計(jì)

PFC校正電路有：buck，boost，Cuk，F(xiàn)lyback，SEPIC。下面以Boost電路且PFC電感工作于臨界導(dǎo)通模式（CRM）為例來(lái)詳細(xì)的說(shuō)明PFC電感的設(shè)計(jì)過(guò)程。Boost基本電路結(jié)構(gòu)如圖（1）所示，其中L電感就是所要設(shè)計(jì)的目標(biāo)，M1為功率開(kāi)關(guān)管，Co為輸出儲(chǔ)存電壓，所以該電容值一般比較大，且為電解電容。RL為負(fù)載。D1為續(xù)流二極管，防止M1和開(kāi)和關(guān)電流急劇變化損壞電路元器件，在電路中也起反向截止的作用。CRM控制法的工作流程：（1）功率開(kāi)關(guān)零電流導(dǎo)通電感電流線性上升；（2）當(dāng)峰值電流達(dá)到跟蹤的參考電流（正弦波）時(shí)開(kāi)關(guān)關(guān)斷，電感電流線性下降到零；（3）開(kāi)關(guān)再次開(kāi)通

對(duì)于給定的輸入電壓和負(fù)載，開(kāi)關(guān)頻率也要隨著輸入交流電壓瞬時(shí)值的變化而變化的。因此選擇正弦交流輸入的峰值點(diǎn)設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)頻率最小，正弦值等于1。

已知條件：交流電的輸入范圍：185～266V，頻率為50/60Hz，輸出功率：28W，功率因子達(dá)到0.9，轉(zhuǎn)換效率至少0.9。要求PFC升壓能夠達(dá)到400V。

由此輸入電流的有效值為

（4）

那么流過(guò)PFC電感的峰值電流為：

（5）

由于電感是零電流導(dǎo)通，且導(dǎo)通時(shí)間Ton固定的CRM PFC電感，基本上工作在臨界狀態(tài)。在Ton期間，電感電流由零增至IL(wt)：

（6）

而在Toff期間，電感電流由IL(wt)減小至零，IL(wt)的另一表達(dá)式如下：

（7）

由（6）和（7）式得到電感的占空比為：

（8）再由式

（9）

因?yàn)?（10）由式（8）（9）可得：

（11）

對(duì)于CRM PFC，變換器的開(kāi)關(guān)頻率f是隨時(shí)間而變化的，當(dāng)時(shí)，

fwt的最小值為：

（12） 取

由（12）式推出PFC升壓電感的公式如下：

（13） 要求,其中，V0=400V, P0=28W.η=0.9,由于Vin輸入范圍為185～266V，求得L=4.96（mH）。這個(gè)是電感的最大值。

2.3 磁芯尺寸和繞組圈數(shù)的選取

磁芯尺寸的選取，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出磁芯的最小有效體積Vcmin，再?gòu)膹拇判緩S家的產(chǎn)品目錄中找到合適的磁芯，其Ve≥Vemin

（14）

即（m-3）

代入值得到：Vemin=562（mm3）,但是注意電感流過(guò)的電流為0.5A，選取線徑為0.2mm的就夠了。

設(shè)所選定磁芯的有效截面積Ae(m2),則可由下式求得電感器繞組的圈數(shù)為：

（15）

其中由公式（6）得到

，得到N=353

2.4 磁芯氣隙尺寸的計(jì)算

電感器磁芯的尺寸和繞組的圈數(shù)確定以后，為使繞組的電感值等于所選定的電感值L，通常都要在磁芯中柱磨削加工一個(gè)長(zhǎng)度l0(m)的氣隙（或在磁芯的邊柱間加墊厚度為l0/2的絕緣片）。

可用下面的提供的公式，近似地計(jì)算出氣隙的長(zhǎng)度l0，再根據(jù)樣品的測(cè)試結(jié)果稍作調(diào)整，而最后確定l0的值。

（16）

式中：μ0=1.257*10-6（H/m），為真空的磁導(dǎo)率（磁常數(shù)）；Kl=1.2～1.6，為修正系數(shù)?？紤]氣隙處磁密分布的邊緣效應(yīng)而引入的修正系數(shù)Kl，與氣隙的大小有關(guān)，l0較大時(shí)，應(yīng)選用較大的Kl值。Ae=19(mm2)。得到：l0=1.4723（mm）

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖2的仿真結(jié)果來(lái)看，輸出端的電壓能夠穩(wěn)定在450V左右，該圖使用的仿真軟件為ORCAD。

圖4的綠色曲線代表的是輸出端電壓，從結(jié)果來(lái)看輸出端電壓穩(wěn)定在400V左右

從圖5的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，PFC校正系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為0.951。

4.PFC電感設(shè)計(jì)方法總結(jié)

（1）弄清所選擇的控制方法：一般講連續(xù)模式有：峰值電流控制、平均電流控制和滯環(huán)控制等方法。此外還有電感電流臨界模式和斷續(xù)模式，可以參考相關(guān)書籍

（2）弄清輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)對(duì)電感設(shè)計(jì)的影響，尋找最惡劣條件的情況下，如果電感參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，那么在任何工作范圍內(nèi)電感設(shè)計(jì)滿足要求。

（3）計(jì)算電感時(shí)應(yīng)密切關(guān)注電感上的電流變化，電感上的電壓的變化及其變化的時(shí)間即伏秒面積。并遵循能量守恒下電感電流不能突變的原則分析。

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