變換變壓器存在的問題資料下載

??1引言 ??變壓器一直是電源設(shè)備和裝置，縮小體積、提高功率密度、實(shí)現(xiàn)模塊化的一只攔路虎。雖然高頻變換技術(shù)引入電源后，可以甩掉體積龐大的工頻變壓器，但還需使用鐵氧體磁芯的高頻變壓器。鐵氧體磁芯高頻變壓器的體積雖比工頻變壓器小，但離開模塊化的要求還相差很遠(yuǎn)。它不但體積還嫌大，而且它的發(fā)熱量，漏電感都不小。因此近幾年來，許多專家、學(xué)者、工程師一直在研究解決這個(gè)問題的辦法。高頻平板變壓器的研制開發(fā)成功，就使變壓器技術(shù)發(fā)生一個(gè)飛躍。它不但能使變壓器的體積縮小很多，而且還能使變壓器內(nèi)部的溫升很低、漏電感很小，效率可做到 99.6％，成本比一般同功率的變壓器低一半。它可用于單端正、反激，半橋，全橋和推挽變換器中作AC/DC和DC/DC變換器用。它對(duì)低電壓、大電流的變換器特別適用。所以用它來做當(dāng)代計(jì)算機(jī)電源特別合適。 ??2運(yùn)行在高頻情況下常規(guī)變換變壓器存在的問題 ??（1）漏電感（簡(jiǎn)稱漏感） ??理想的變壓器（完全耦合的變壓器）原邊繞組產(chǎn)生的磁通應(yīng)全部穿過副邊繞組，沒有任何損失和泄漏。但實(shí)際上常規(guī)的變換變壓器不可能實(shí)現(xiàn)沒有任何損失和泄漏。原邊繞組產(chǎn)生的磁通不可能全部穿過副邊繞組。非耦合部分磁通就在繞組或?qū)w中有它自己的電感，存貯在這個(gè)“電感”中的能量不和主功率變壓器電路相耦合。這種電感我們稱之為“漏感”。理想變換器對(duì)絕緣的要求和為了要得到很低的電磁干擾（）而需要很緊的電磁耦合以減小漏感的要求，是相互矛盾的。 ??當(dāng)變壓器不通電（轉(zhuǎn)向脫離電源或開關(guān)處于關(guān)斷期間）時(shí)，漏感存貯的能量要釋放出來形成明顯的噪音。在示波器上能看到此噪音的高頻尖峰脈沖波形。高頻尖峰脈沖波形的幅值Uspike和漏感Lleak與電流相對(duì)時(shí)間變化率的乘積成正比。即： ??|Uspike|=Lleakdi/dt（1） ??當(dāng)工作頻率升高，電流相對(duì)時(shí)間的變化率也就增加。漏感的影響將更嚴(yán)重。漏感的影響和變換器的開關(guān)速度成正比。漏感產(chǎn)生過高的尖峰脈沖會(huì)損壞變換 ?? ??圖1常規(guī)變換變壓器和平板變壓器示意圖 ??（a）常規(guī)變換變壓器（b）平板變壓器 ??器中的并形成明顯的電磁干擾（EMI）。為了降低漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖幅值Uspike，而在變換器電路中必須加入緩沖網(wǎng)絡(luò)。但緩沖網(wǎng)絡(luò)的加入，會(huì)增大變換器電路的損耗。使變換器電路隨工作頻率提高，損耗增加，效率降低。 ??（2）繞組間電容 ??當(dāng)變壓器的繞組是多層繞組時(shí)，則頂層繞組和底層繞組之間就有電位差。兩個(gè)導(dǎo)體之間有電位差，就存在電容。這個(gè)電容就稱為“繞組間電容”。當(dāng)工作在高頻時(shí)，這個(gè)電容會(huì)以驚人的速率進(jìn)行充電和放電。電容充電和放電過程中會(huì)產(chǎn)生損耗。在給定的時(shí)間內(nèi)，它充電和放電的次數(shù)愈多，損耗就愈大。 ??（3）趨膚效應(yīng) ??（4）鄰近效應(yīng) ??（5）局部過熱點(diǎn) ??常規(guī)的變換變壓器工作在高頻時(shí)，其磁芯中部會(huì)有局部過熱點(diǎn)。因此，為了減小熱效應(yīng)，常規(guī)變換變壓器的工作頻率提高時(shí)，就必須相應(yīng)地減小其磁通密度，增大其體積。這就使得無法用它去做高功率密度的電源。 ??對(duì)于低輸出電壓理想型變換器來說，它的降壓比是很高的。用常規(guī)變換變壓器時(shí)，通常1匝輸出繞組，大約需要32匝原邊繞組。這樣，原邊繞組就需多層布置，因而漏感和繞組間電容大、趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)嚴(yán)重等不利因素在變換變壓器中都存在。 ??3常規(guī)變換變壓器和平板變壓器比較 ??常規(guī)變換變壓器通常是由單磁芯多原邊繞組組成，而平板變壓器是由單匝（或幾匝）原邊繞組和多磁芯組成。這些磁芯都裝有單匝的副邊繞組并封裝成模塊，如圖1所示。 ??（1）常規(guī)變換變壓器由于它的原邊繞組匝數(shù)多，所以漏感比較大，而平板變壓器單匝（或幾匝）原邊繞組和單匝的副邊繞組耦合很緊，所以漏感很小。30A平板變壓器的漏感僅2.0nH。所以把它用在快速開關(guān)電路中時(shí)，不但損耗很小，而且還能減輕電路中其它部件承受的應(yīng)力。 ??（2）平板變壓器的頻率特性比常規(guī)變換變壓器好。平板變壓器可工作在（100～500）kHz頻率之間。（3）平板變壓器能直接緊貼底板固定，所以它的散熱條件很好。這種專用變壓器是一種體積很小而又具有很大表面積的元件。所以它不存在局部過熱點(diǎn)的問題。 ??（4）因?yàn)槠桨遄儔浩髂芨纳茻岷纳栴}。所以它能實(shí)現(xiàn)高磁通密度，并能采用緊封裝來實(shí)現(xiàn)高功率密度。而常規(guī)變換變壓器是無法和它相比擬的。150W的平板變壓器模塊，它的體積為5.38（長(zhǎng)）×1.60（寬）×1.17（高）立方厘米。 ??（5）平板變壓器技術(shù)能大幅度減小變壓器的生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格。能使生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格降低50％。因?yàn)樗軠p輕電路中其它部件承受的應(yīng)力，所以變換器電路中其它部件可采用低功率器件。由于平板變壓器的散熱條件很好，所以它可用很小的散熱器。再加上變壓器模塊批量化生產(chǎn)后，其價(jià)格將會(huì)降低更多。 ??（6）平板變壓器的可靠性比常規(guī)變壓器高。在平板變壓器中，即使有一磁芯損壞，平板變壓器中其余磁芯和并連的導(dǎo)線仍能正常工作，而常規(guī)變換變壓器只要有一處損壞，整個(gè)變壓器就無法正常工作。 ??目前平板變壓器模塊產(chǎn)品的功率有150W，300W，450W，750W，900W和1500W。 ??4平板變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其電感的測(cè)量和計(jì)算方法 ??以上敘及用作變換變壓器的平板變壓器由若干個(gè)鐵氧磁芯做成。2個(gè)磁芯做變壓器，1個(gè)磁芯做電感。3個(gè)磁芯構(gòu)成1個(gè)變壓器/電感模塊。許多模塊可以連接在一起組成平板方陣變壓器。采用這種結(jié)構(gòu)的平板變壓器能解決變換變壓器工作在高頻時(shí)，其磁芯中部的局部過熱點(diǎn)問題。 ??1只變壓器模塊包含2只鐵氧體磁芯。變壓器模塊由1付正方形鐵氧磁芯組裝而成，2只鐵氧磁芯用環(huán)氧樹脂粘接在一起，如圖2（b）所示。1付繞組鑲?cè)朊總€(gè)磁芯內(nèi)部，粘接在磁芯內(nèi)表面和輸出端的拐角處，如圖2（a）所示。當(dāng)繞組通過磁芯后，接著旋轉(zhuǎn)180°往回繞。所以每一繞組的“始端”和“末端”都在磁芯的對(duì)向角落上。1只相似尺寸的電感加在模塊內(nèi)部變壓器部分的中心抽頭上。其突出的焊片接濾波電容器。有關(guān)這種變壓器和磁芯的細(xì)節(jié)見參考文獻(xiàn)。 ??變壓器副邊繞組的端子直接和共陰極肖特基整流器TO－228連接。這樣可以節(jié)省用戶在變壓器副 ?? ??圖2平板變壓器的外形圖 ??（a）帶有簡(jiǎn)單螺旋繞組的磁芯（b）雙磁芯粘接在一起的模塊 ?? ??圖3模塊內(nèi)部電路的原理圖 ?? ??圖4兩磁芯模塊FTI/CTI－Xx2A－1B/2B/3B（匝比4:1） ??邊繞組上進(jìn)行抽頭等組裝工作量。加上肖特基整流器導(dǎo)通時(shí)的正向壓降很低，所以整個(gè)電路的效率可做得很高。穿過變壓器的原邊繞組是后來加上的。變壓器的等效變換率由模塊數(shù)Ne和原邊繞組匝數(shù)Np乘積和1的比率來決定，即變換率是：（Ne×Np）：1。高的變換率可以通過增加原邊繞組匝數(shù)或增加模塊數(shù)來獲得。 ??平板變壓器可以使電源模塊化，它在分布式電源中應(yīng)用，其特點(diǎn)是其它變壓器無法和它比擬的。在市場(chǎng)上，它是大家公認(rèn)的最小外形和允許用于最高電流密度的一種變壓器。 ??模塊內(nèi)部電路的原理圖如圖3所示。在圖中電感是接在變壓器次級(jí)繞組的中心抽頭和輸出端之間，這樣安排是為了節(jié)省組裝的工作量。 ??每一模塊漏感的最大值僅有4nH。漏感測(cè)量是用5塊，其整流器的輸出端被銅條短接，原邊繞組為3匝的模塊進(jìn)行測(cè)量。這時(shí)測(cè)得的漏感是0.18μH。因?yàn)樽儔浩髟呺姼械扔?只模塊的漏感和模塊數(shù)及原邊匝數(shù)平方的乘積。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ??Lp=Lmod×Ne×Np2（3）