开关电源变压器

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开关电源变压器范文第1篇

高频变压器和脉冲变压器的区别有：

1、高频变压器是工作频率超过中频的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的；

2、脉冲变压器是一种宽频变压器。对通信用的变压器而言，非线性畸变是一个极重要的指标，因此要求变压器工作在磁心的起始导磁率处，以至即使象输入变压器那样功率非常小的变压器，外形也不得不取得相当大。除了要考虑变压器的频率特性，怎样减少损耗也是一个很需要关心的问题。

（来源：文章屋网 ）

开关电源变压器范文第2篇

关键词：串联驱动器；恒流源；高功率LED

引言

随着大功率LED的问世，因其发光效率是一般荧光灯或白炽灯的5-7倍，节能效果十分显著。因而，大功率LED具有广泛的应用前景。目前，单个大功率LED已有1W、3W、5W和10W，已被大量使用的是1W和3W的大功率LED，采用多个大功率LED串联和并联，其组合输出功率已达70W-100W。

大功率LED虽具有发光效率高和节能的优点，但其管压降的不一致却是需要克服的缺点。其次，大功率LED的温度特性较差。随着结温和环境温度的改变，其管子的电流和发光效率变化很大，这也给使用带来了不便。

由于大功率LED存在以上缺点，人们在使用时多采用两种驱动方案：1．恒压源驱动。即采用多个LED并联后用恒压源驱动。这样，由于LED的管压降不一致，使得二极管的电流不一致，从而其发光效率也大不一样。在大功率LED中，此方案应用较少。2．恒流源驱动。由于大功率LED的管压降不一致，另外，LED受其结温和环境温度的影响较大，所以，用多个LED串联，并用恒流源驱动能有效克服上述缺点。

大功率LED的主要特性工作波长

大功率LED的工作波长与其发光的颜色有关。例如，冷白光LED的工作波长在525埃-600埃之间，而暖白光LED的工作波长在525埃－675埃之间。

正向压降

大功率LED的正向电压每变化0.1V时，其电流变化约100mA

工作电流与发光强度的关系

大功率LED的发光强度与其结温和环境温度有关。这主要是由于温度升高时，其工作电流也相应减小，同样，LED的发光强度与其工作电流的关系近似为线性，对于1W和3W的LED，其工作电流每减少100mA，发光强度减少约15％。

高功率LED串联恒流源驱动器的原理

目前，市场上出现的高功率LED串联驱动器有其局限性，一般为3-6个LED串联，且个数要一定，不能任意联接。本文提出一种任意个(1-20个)LED串联的恒流源驱动方案，其工作原理如下：

以1W的LED为例，其额定电流为350mA。由于某种原因使LED电流减小时，恒流源电路采集到变化(减小)的电流值，进行放大后，通过U1，传输给控制电路。控制电路对采样信号进行反相处理，输出脉冲宽度增大。宽度增大的输出脉冲驱动功率转换级的功率管D5，使得次级输出电压增加。这样，串联LED两端的电压也增大，于是，流过LED的电流也增大，这就维持了LED的电流恒定。同样，若由于某种原因，使LED的电流增大时，其控制过程相反。这种恒流源驱动器的优点就在于：不管LED的管压降差异有多大，其结温和环境温度的变化引起二极管的电流变化有多大，都能通过高速的恒流源电路的快速调整，来维持LED的电流恒定。

高功率LED恒流源驱动器设计时要注意的问题 设计高功率LED恒流源驱动器时应注意如下几点：

1 根据串联LED的个数来选择控制电路的控制芯片。因为LED的个数不同，所需芯片的输出功率也就不同。图1中选择的是ICE2A165，也可选择其它类似的开关电源控制芯片。

2 开关电源变压器的漏感应尽量小，否则会使驱动器的可靠性降低。因为变压器的漏感大，在开关截止的瞬间会产生很高的反向尖峰电压，严重时有可能超过控制开关的耐压，而使芯片击穿，造成驱动器的可靠性大大降低。开关电源变压器T1是该产品的关键件，有必要在专业厂家制作。

3 恒流源电路的工作速度要快，这样可以使LED更安全。因为本文提出的LED串联驱动器是任意个(1-20个)串联，这样就要求开关电源的输出电压变化速度要快，若调整速度不快，则可能造成LED的损坏。

开关电源变压器范文第3篇

引言

MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来，高频链技术引起人们越来越多的兴趣。

1 概述

图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。

    图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。

2 高频变压器的设计

设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。

表1 各种磁芯特性比较表

磁芯类型

非晶合金

薄硅钢片

坡莫合金

铁氧体

铁损

低

高

中

低

磁导率

高

低

高

中

饱和磁密

高

高

中

低

温度影响

中

小

小

中

加工

难

易

易

易

价格

中

低

中

低

高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。本文详细讨论如何用AP法设计高频变压器。

原边NP匝，副边Ns匝的变压器，在NP匝上以电压V1开关工作时，根据法拉第定律，有

V1=KffsNPBWAe    （1）

式中：Kf为波形系数，即有效值和平均值之比，正

弦波为4.44，方波为4；

fs为工作频率；

BW为工作磁通密度。

NP=V1/(KffsBwAe)    (2)

铁芯窗口面积AW乘以窗口使用系数Ko（一般取0?4）为有效面积，该面积为原边绕组NP占据的窗口面积NPAP′与副边绕组Ns占据的窗口面积NsAs′之和，即

KoAW=NPAP′＋NsAs′    （3）

式中：AP′及As′分别为原、副边绕组每匝的截面积。

每匝所占用面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关，如式（4）所示。

AP′=I1/J

As′=I2/J    (4)

将式（4）代入式（3），则得

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

即AWAe=(V1I1+V2I2)/(KoKffsBwJ)    (5)

电流密度J直接影响到温升，亦影响到AWAe，其关系可用式（6）表示。

J=KJ(AWAe)X    (6)

式中：KJ为电流密度系数；X为常数，由所用磁芯确定。

若变压器的视在功率PT=V1I1＋V2I2，则

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

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

式中：AP单位为cm4，其余的单位为国际单位制。

视在功率随线路结构不同而不同。如图3所示。变压器效率为η，则在图3（a）中

PT=Po＋Pi=Po＋Po/η=Po(1+1/η)

在图3（b）中

在图3（c）中

本文采用图3（b）的结构，VDC=24V，Po=250W，设η=0.95，则

若采用E型磁芯，允许温升25℃，则有KJ=323，X=－0.14。饱和磁密约为0.35T，考虑到高温时饱和磁密会下降，同时，为了防止合闸瞬间高频变压器饱和，取饱和磁密的1/3为变压器的工作磁密，即BW=0.117T。工作频率为20kHz，由式（7）

可得

取10％的裕度，即AP=6.65×（1＋10％）≈7.28cm4，查手册选取E17铁氧体磁芯，其AW=2.56cm2，Ae=3.80cm2，AP=9.73cm4，满足要求。

确定磁芯材料后，则其他参数计算如下：

1）原边绕组匝数NP

NP=(V1)/(KffsBwAe)≈7匝；

2）原边电流IP

IP=(Po)/(VDCη)≈10.96A；

3）电流密度JJ=KJ(AWAe)x=234.9A/cm2；

4）原边绕组裸线面积AXP

AXP=Ip/J≈0.04666cm2；

5)副边绕组匝数Ns逆变器工作时占空比D=0.75，幅值为根号2 220V，则

Ns=(NpV2)/DV1=120.99≈121匝

6）副边绕组裸线面积AXS注意中间抽头变压器Io须乘0.707的校正系数，则

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

=0.00342cm2。

3 实验结果

实验采用图3（b）的结构，参数如下：

输入电压DC24V；

开关频率20kHz；

占空比D=0.75；

输出电压AC220V；

输出功率250W；

输出频率50Hz；

变压器磁芯E17铁氧体磁芯；

原边绕组匝数7匝；

副边绕组匝数121匝。

该高频链工作稳定可靠，噪声很小，实验结果证明该高频变压器满足实际要求。

4 结语

1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

开关电源变压器范文第4篇

论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。

1引言

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。

2纳米磁性材料的研究概况

纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。

2.1纳米颗粒型

磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。

纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。

磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。

纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。

电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

2.2纳米微晶型

纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。转

纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。

2.3磁微电子结构材料

巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等

磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。

磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。

3展望

纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。

参考文献

［1］王瑞金.磁流体技术的应用与发展［J］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.

［2］许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［J］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.

开关电源变压器范文第5篇

【关键词】DC-DC；功率因素校正；电感

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

功率因数校正即PFC是十几年电源技术进步的重大领域，由于在设计DC-DC转换器中，会产生不同频率的谐波分量。而谐波对电路的设计有着重大的危害，包括：（1）对电网产生谐波污染；（2）造成谐波压降；（3）正弦波波形畸变；（4）产生电路故障，变电设备损坏。因此PFC电感的优化设计成为必要。它的基本原理是：（1）电源输入电流实现正弦波，正弦波就是使其谐波为零，电流失真因数THD=1；（2）保证电流相位与输入电压相位相同，相移因数为1；（3）最终实现PFC=1的设计工作目标。

（1）

（2）

（3）

电感根据其用途分为：片状电感、功率电感、色环电感、豆形电感、立式电感、轴向滤波电感、磁环电感、空气芯电感。电感使用的场合：潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性，还是阻抗特性等，都要注意。

2.电感的特性和设计

2.1 电感的频率特性

在低频时，电感一般呈现电感特性，既只起蓄能，滤高频的特性。但在高频时，它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热，感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。铁氧体材料的电感加以解说：铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要程电感特性，使得线上的损耗很小。在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。

2.2 电感的设计

PFC校正电路有：buck，boost，Cuk，Flyback，SEPIC。下面以Boost电路且PFC电感工作于临界导通模式（CRM）为例来详细的说明PFC电感的设计过程。Boost基本电路结构如图（1）所示，其中L电感就是所要设计的目标，M1为功率开关管，Co为输出储存电压，所以该电容值一般比较大，且为电解电容。RL为负载。D1为续流二极管，防止M1和开和关电流急剧变化损坏电路元器件，在电路中也起反向截止的作用。CRM控制法的工作流程：（1）功率开关零电流导通电感电流线性上升；（2）当峰值电流达到跟踪的参考电流（正弦波）时开关关断，电感电流线性下降到零；（3）开关再次开通

对于给定的输入电压和负载，开关频率也要随着输入交流电压瞬时值的变化而变化的。因此选择正弦交流输入的峰值点设计，开关频率最小，正弦值等于1。

已知条件：交流电的输入范围：185～266V，频率为50/60Hz，输出功率：28W，功率因子达到0.9，转换效率至少0.9。要求PFC升压能够达到400V。

由此输入电流的有效值为

（4）

那么流过PFC电感的峰值电流为：

（5）

由于电感是零电流导通，且导通时间Ton固定的CRM PFC电感，基本上工作在临界状态。在Ton期间，电感电流由零增至IL(wt)：

（6）

而在Toff期间，电感电流由IL(wt)减小至零，IL(wt)的另一表达式如下：

（7）

由（6）和（7）式得到电感的占空比为：

（8）再由式

（9）

因为 （10）由式（8）（9）可得：

（11）

对于CRM PFC，变换器的开关频率f是随时间而变化的，当时，

fwt的最小值为：

（12） 取

由（12）式推出PFC升压电感的公式如下：

（13） 要求,其中，V0=400V, P0=28W.η=0.9,由于Vin输入范围为185～266V，求得L=4.96（mH）。这个是电感的最大值。

2.3 磁芯尺寸和绕组圈数的选取

磁芯尺寸的选取，可按下列经验公式计算出磁芯的最小有效体积Vcmin，再从从磁芯厂家的产品目录中找到合适的磁芯，其Ve≥Vemin

（14）

即（m-3）

代入值得到：Vemin=562（mm3）,但是注意电感流过的电流为0.5A，选取线径为0.2mm的就够了。

设所选定磁芯的有效截面积Ae(m2),则可由下式求得电感器绕组的圈数为：

（15）

其中由公式（6）得到

，得到N=353

2.4 磁芯气隙尺寸的计算

电感器磁芯的尺寸和绕组的圈数确定以后，为使绕组的电感值等于所选定的电感值L，通常都要在磁芯中柱磨削加工一个长度l0(m)的气隙（或在磁芯的边柱间加垫厚度为l0/2的绝缘片）。

可用下面的提供的公式，近似地计算出气隙的长度l0，再根据样品的测试结果稍作调整，而最后确定l0的值。

（16）

式中：μ0=1.257*10-6（H/m），为真空的磁导率（磁常数）；Kl=1.2～1.6，为修正系数。考虑气隙处磁密分布的边缘效应而引入的修正系数Kl，与气隙的大小有关，l0较大时，应选用较大的Kl值。Ae=19(mm2)。得到：l0=1.4723（mm）

3.实验结果

从图2的仿真结果来看，输出端的电压能够稳定在450V左右，该图使用的仿真软件为ORCAD。

图4的绿色曲线代表的是输出端电压，从结果来看输出端电压稳定在400V左右

从图5的测试结果来看，PFC校正系数达到设计要求，为0.951。

4.PFC电感设计方法总结

（1）弄清所选择的控制方法：一般讲连续模式有：峰值电流控制、平均电流控制和滞环控制等方法。此外还有电感电流临界模式和断续模式，可以参考相关书籍

（2）弄清输入参数和输出参数对电感设计的影响，寻找最恶劣条件的情况下，如果电感参数满足设计要求，那么在任何工作范围内电感设计满足要求。

（3）计算电感时应密切关注电感上的电流变化，电感上的电压的变化及其变化的时间即伏秒面积。并遵循能量守恒下电感电流不能突变的原则分析。

参考文献

[1]《Switch-Mode Power Supply SPICE Simulation Cookbook》by Christophe P.Basso,Daniel M.Mitchell,Christopher Basso,McGrew-Hill,Inc.19 March,2001.

[2]《软磁铁氧体磁心开关电源变压器的原理与设计》,何可人编著,大比特资讯培训中心教材(2004年).

[3]《PFC Convertor Design with IR1150 one Cycle control IC》By R.Brown M.Soldano,I-Nternational Rectifier.

[4]《L6561,Enhanced Transition Mode Power Factor Corrector》By Claudio Adragna,SGS-Thomson.