电源基础知识 开关电源中的变压器
时间: 2024-06-13 05:40:33 | 作者: 新闻资讯来实现的。施加到一个绕组的能量通过磁场耦合传递到其他绕组, 而绕组之间本身没有一点直接连接(这称为电流隔离或欧姆隔离)。
有两种不一样的变压器:第一种是实时连续地将能量从原边传输到副边,而在变压器内部存储的能量极小,第二种则是首先将能量储存在磁场中,然后将能量传输到副边绕组。后一种类型通常被认为是 “反激式”变压器,尽管它仍然是在个共用的磁芯 上具有两个或更多绕组的变压器,但是从设计观点来看,看作为耦合电感器更好,因为是电感决定了随后从原边传输到副边所携带能量的大小。
该示意图显示了具有NP匝的原边绕组以及具有NS匝的一个副边绕组。当然。这有几率存在多个副边绕组,每个都可以有不同的输出电压,但是现在的讨论将局限于双绕组模型。匝比NP/NS表示每个绕组中的实际线圈匝数比,以及理想变压器中的原边和副边的电压比。
然而,实际应用中的变压器还包含一些寄生元件:与原边绕组并联的励磁电感LM.以及与原边绕组串联的漏感LL。磁化电感即代表用于建立磁耦合场的那部分输入能量,其值由原边匝数和磁芯特性确定。在传统的(工频)变压器中,其值非常高,所以在磁场循环中损失的能量是很小的。
在反激式变压器中,磁化电感是主要的储能元件,用于储存从原边传递到副边的所有能量。两种变压器的主要不同之处在于磁芯特性。常规变压器的磁芯将具有高磁导率,从而允许磁场快速建立,而反激变压器则具有低得多的磁导率,从而在一定的时间内允许在磁场中存储更多的能量。
在原理图中,变压器漏感与原边绕组是串联的。而实际上,它存在于原边绕组和副边绕组之间,并且是由它们之间的物理隔离产生的。这通常是一个相当小的值,但不是做不足道的。也要考虑其影响。它受变压器物理绕组方式的影响很大,如果将原边和刷边绕组首先绞合在一起然后缠绕在磁芯上, 这样漏感值将是最小的,但这通常不是一个很实际的方法(因需要考虑到初副边绝缘要求)。但是为了安全所需要,各绕组之间必须增加电气绝缘,这样漏感会增加。并且如果主绕组和次绕组缠绕在磁芯上的位置相隔较远的话,则该值会变得很大。
在传统的降压变压器中,原边侧漏感的影响更为严重,而在反激式变压器中,副边侧变得更加重要,特别是当有多个副边绕组时。漏感的物理效应表现为减缓或是延迟初次/级绕组电流的快速变化,所以当脉冲宽度调制信号通过变压器时,信号宽度会稍微变窄。在每个功率传输周期中,存储在磁化电感和漏感中的任何能量都必须复位归零,这样才可以防止变压器饱和。
虽然变压器能高效率工作,但在实际设计过程中仍然需要仔细考虑其损耗,这些损耗可大致分为两类,即绕组损耗和磁芯损耗,一般设计目标是使它们大致相等。绕组损耗是由导线的直流电阻引起的损耗,即为I2R和绕组中交流损耗构成,但开关频率增加时绕组中的交流损耗变得更重要。而磁芯损耗是由磁场的作用引起的,很大程度上取决于磁芯的特性、磁通密度和开关频率。