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开关电源变压器的问题 [复制链接]

 

如图所示,是单端反激开关电源部分电路图 其中输入+vin通常在36v,n3n4两路输出中,各自的正端对负端的压降在20v左右,n2输出稳定的12v电压。 问题1:看图中变压器资料可知,n1和n3n4线圈的匝数一样,但是n1和n3n4分别对应的电压不同,为什么匝比是1:1? 问题2:既然有了r3和c10组成的吸收电路,为什么还要加上r4和c8组成的吸收电路?

此帖出自模拟电子论坛
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『问题1:看图中变压器资料可知,n1和n3n4线圈的匝数一样,但是n1和n3n4分别对应的电压不同,为什么匝比是1:1?』

反激开关电源变压器各绕组直流电压并不与匝数成正比,不能拿工频变压器交流电压比等于匝数比的结论往上套。具体副边绕组整流后输出多高电压,请参考有关书籍进行计算。

点评

"反激开关电源变压器各绕组直流电压并不与匝数成正比,请参考有关书籍进行计算" 【1】像这样直流输入,直流输出,DCDC单端反激开关电源的变压器绕组计算设计, 在Sanjaya Maniktala所著的《精通开关电源设  详情 回复 发表于 7 天前

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开关电源(具体到首帖是反激开关电源)之所以能够实现稳压,靠的是改变脉冲占空比。既然直流输入电压(首帖图中+Vin)变化时输出电压可以保持不变(即所谓稳压),可见绕组匝数比并不等于直流电压比。


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『问题2:既然有了r3和c10组成的吸收电路,为什么还要加上r4和c8组成的吸收电路?』

图中仅使用了电阻电容串联构成吸收回路,通常的作法是还使用二极管,构成所谓RCD吸收回路。不使用二极管,电阻上消耗功率更大,而且吸收并不比使用二极管好。


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『问题2:既然有了r3和c10组成的吸收电路,为什么还要加上r4和c8组成的吸收电路?』

使用两组(含二极管的)吸收回路并没有什么坏处,反而在某一组吸收回路出现故障时仍对开关MOS管起保护作用。此外,使用两组(含二极管的)吸收回路,吸收回路中的电阻耗散功率可以比较小,相对应的电阻体积比较小,容易买到。

点评

“使用二极管的吸收回路,电阻的耗散功率比较小”如图本楼,就是rcd吸收回路,其作用就是在Q1关断形成反电动势时,将过高的漏源电压通过D1传至电容C1进行能量吸收,如果图中是交流电源输入,还可以把这个过高的漏源  详情 回复 发表于 7 天前

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maychang 发表于 2022-1-10 15:16 『问题2:既然有了r3和c10组成的吸收电路,为什么还要加上r4和c8组成的吸收电路?』 使用两组(含二极管的 ...

“使用二极管的吸收回路,电阻的耗散功率比较小”

如图本楼,就是rcd吸收回路,其作用就是在Q1关断形成反电动势时,将过高的漏源电压通过D1传至电容C1进行能量吸收,如果图中是交流电源输入,还可以把这个过高的漏源电压能量反馈给交流输入电源,而电阻R1作用是让c1中的能量有一个释放回路,此时电阻上的耗散功率比不要二极管时的更小?

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点评

『而电阻R1作用是让c1中的能量有一个释放回路,此时电阻上的耗散功率比不要二极管时的更小?』 是的。有二极管,电阻上耗散的只是变压器初级漏感所储存的能量。无二极管,电阻除了耗散变压器初级漏感所储存的能量  详情 回复 发表于 7 天前
『如果图中是交流电源输入,还可以把这个过高的漏源电压能量反馈给交流输入电源』 这个事情,我不知道,从图中也看不出来。 此图中无论如何也看不出 “能量反馈给交流输入电源”。  详情 回复 发表于 7 天前

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maychang 发表于 2022-1-10 15:08 『问题1:看图中变压器资料可知,n1和n3n4线圈的匝数一样,但是n1和n3n4分别对应的电压不同,为什么匝比是1: ...

"反激开关电源变压器各绕组直流电压并不与匝数成正比,请参考有关书籍进行计算"

【1】像这样直流输入,直流输出,DCDC单端反激开关电源的变压器绕组计算设计,

在Sanjaya Maniktala所著的《精通开关电源设计》(第2版)一书中有讲到吗?

【2】如果是直流输入,直流输出的单端反激开关电源,是对直流输入进行高频的斩波,使其成为交流量,通过变压器耦合输出到副边,再整流输出。而交流输入,直流输出的单端反激开关电源,也是有这样的斩波过程吗?

 

 

 

点评

【2】如果是直流输入,直流输出的单端反激开关电源,是对直流输入进行高频的斩波,使其成为交流量,通过变压器耦合输出到副边,再整流输出。而交流输入,直流输出的单端反激开关电源,也是有这样的斩波过程吗? &  详情 回复 发表于 7 天前
【1】像这样直流输入,直流输出,DCDC单端反激开关电源的变压器绕组计算设计,在Sanjaya Maniktala所著的《精通开关电源设计》(第2版)一书中有讲到吗?   在此书中并没有详细讲反激变换器。不过,反激  详情 回复 发表于 7 天前

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shaorc 发表于 2022-1-11 08:59 “使用二极管的吸收回路,电阻的耗散功率比较小”如图本楼,就是rcd吸收回路,其作用就是在Q1关断形成反 ...

『如果图中是交流电源输入,还可以把这个过高的漏源电压能量反馈给交流输入电源』

这个事情,我不知道,从图中也看不出来。

此图中无论如何也看不出 “能量反馈给交流输入电源”。

点评

在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R1相当于连接在母线上。 【1】当Q1关断时,变压器初级绕(含漏感)组形成反电动势,通过D1,进入C1储存。我  详情 回复 发表于 5 天前

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shaorc 发表于 2022-1-11 08:59 “使用二极管的吸收回路,电阻的耗散功率比较小”如图本楼,就是rcd吸收回路,其作用就是在Q1关断形成反 ...

『而电阻R1作用是让c1中的能量有一个释放回路,此时电阻上的耗散功率比不要二极管时的更小?』

是的。有二极管,电阻上耗散的只是变压器初级漏感所储存的能量。无二极管,电阻除了耗散变压器初级漏感所储存的能量之外,还在整个周期内承受变压器初级两端的电压。

有二极管,功率开关管导通期间二极管是关断的。无二极管,功率开关管导通期间电阻也要耗散能量。

点评

〝无二极管,电阻除了耗散变压器初级漏感所储存的能量之外,还在整个周期内承受变压器初级两端的电压。〞 有二极管的时候,即RCD拓扑,功率开关管导通期间二极管是关断的,此时输入电压Vin经过初级绕组,再经过开  详情 回复 发表于 5 天前

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shaorc 发表于 2022-1-11 09:21 "反激开关电源变压器各绕组直流电压并不与匝数成正比,请参考有关书籍进行计算" 【1】像这样直流输 ...

【1】像这样直流输入,直流输出,DCDC单端反激开关电源的变压器绕组计算设计,在Sanjaya Maniktala所著的《精通开关电源设计》(第2版)一书中有讲到吗?

 

在此书中并没有详细讲反激变换器。不过,反激变换器是从 Buck-Boost 电路发展变化出来的。要了解反激变换器工作,看 Buck-Boost 电路即可。注意 Buck-Boost 电路在此书中也是分布在若干章节中。例如31页就讲到了 Buck-Boost 电路,但92页、197页又讲。


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shaorc 发表于 2022-1-11 09:21 "反激开关电源变压器各绕组直流电压并不与匝数成正比,请参考有关书籍进行计算" 【1】像这样直流输 ...

【2】如果是直流输入,直流输出的单端反激开关电源,是对直流输入进行高频的斩波,使其成为交流量,通过变压器耦合输出到副边,再整流输出。而交流输入,直流输出的单端反激开关电源,也是有这样的斩波过程吗?

 

你这句,前面和后面都提到反激开关电源。不同之处仅是前面说直流输入,后面说交流输入。

交流输入,通常是经整流滤波成为近似直流,再用此近似直流为直流-直流变换器供电。至于斩波过程,是一样的。不同之处仅在于交流输入增加了对交流整流滤波过程。


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N3 N4两路输出加了D2 D4稳压管,看看是不是这个原因导致输出电压钳在20v


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maychang 发表于 2022-1-11 10:42 『如果图中是交流电源输入,还可以把这个过高的漏源电压能量反馈给交流输入电源』 这个事情,我不知道 ...

在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R1相当于连接在母线上。

【1】当Q1关断时,变压器初级绕(含漏感)组形成反电动势,通过D1,进入C1储存。我的意思是,C1中储存的能量能否再回馈到母线中?

【2】因为见到过的吸收回路中,电容容值都是几个nf级别的,比如1nf、2.2nf,这么小容值的电容,可以吸收的了电压尖峰吗?

点评

一般地说,二极管整流(无论是哪种),是不可能让直流侧能量返回到交流侧的。 把直流能量转换成交流能量,那叫逆变。而逆变,是另一个问题,同样有多种电路,需要使用可控制的器件如双极型管或者MOS管,甚至比直流  详情 回复 发表于 5 天前
【2】因为见到过的吸收回路中,电容容值都是几个nf级别的,比如1nf、2.2nf,这么小容值的电容,可以吸收的了电压尖峰吗?   由此可以看出:变压器绕制时应该尽量减少漏感。变压器漏感越小,储存的能量越  详情 回复 发表于 5 天前
【2】因为见到过的吸收回路中,电容容值都是几个nf级别的,比如1nf、2.2nf,这么小容值的电容,可以吸收的了电压尖峰吗?   所谓 “电压尖峰”,持续时间很短(持续时间越短电压越高),能量不大  详情 回复 发表于 5 天前
如果不是二极管整流,而是使用四个MOS管或者双极型管构成的桥式电路来实现整流,则直流侧的能量可以返回到交流侧。只不过这已经不是整流,而是逆变了——直流转换成交流,叫逆变。  详情 回复 发表于 5 天前
【1】当Q1关断时,变压器初级绕(含漏感)组形成反电动势,通过D1,进入C1储存。我的意思是,C1中储存的能量能否再回馈到母线中?   答案是不能。C1储存的能量,不可能回馈到母线,因为没有电流通道。没  详情 回复 发表于 5 天前

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maychang 发表于 2022-1-11 10:47 『而电阻R1作用是让c1中的能量有一个释放回路,此时电阻上的耗散功率比不要二极管时的更小?』 是的。 ...

〝无二极管,电阻除了耗散变压器初级漏感所储存的能量之外,还在整个周期内承受变压器初级两端的电压。〞

有二极管的时候,即RCD拓扑,功率开关管导通期间二极管是关断的,此时输入电压Vin经过初级绕组,再经过开关管到地,不经过RCD电路,此时电阻无耗散功率。这就是使得RCD电路中的电阻,不会在整个周期内,承受变压器初级两端的电压的原因吗?

 

点评

『这就是使得RCD电路中的电阻,不会在整个周期内,承受变压器初级两端的电压的原因吗?』 是的。 另外,前面说过,变压器漏感所产生的尖峰电压持续时间很短,仅占功率开关管一个开关周期的很小一部分。若没有  详情 回复 发表于 5 天前

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shaorc 发表于 2022-1-13 09:33 在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R ...

【1】当Q1关断时,变压器初级绕(含漏感)组形成反电动势,通过D1,进入C1储存。我的意思是,C1中储存的能量能否再回馈到母线中?

 

答案是不能。C1储存的能量,不可能回馈到母线,因为没有电流通道。没有电流通道,是因为中间隔着整流二极管。只要把包括整流管(通常是桥式整流,不过无论是哪种整流,能量均无法从直流侧返回到交流侧)。


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shaorc 发表于 2022-1-13 09:33 在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R ...

如果不是二极管整流,而是使用四个MOS管或者双极型管构成的桥式电路来实现整流,则直流侧的能量可以返回到交流侧。只不过这已经不是整流,而是逆变了——直流转换成交流,叫逆变。


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shaorc 发表于 2022-1-13 09:33 在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R ...

【2】因为见到过的吸收回路中,电容容值都是几个nf级别的,比如1nf、2.2nf,这么小容值的电容,可以吸收的了电压尖峰吗?

 

所谓 “电压尖峰”,持续时间很短(持续时间越短电压越高),能量不大(变压器初级对次级漏感所储存的能量),所以数nF电容就够了。该电容增加的能量,必须在本开关周期结束时由电阻释放。至于用多大电容,当然要由变压器初级对次级漏感所储存的能量以及允许电容两端电压升高多少来计算。

 


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shaorc 发表于 2022-1-13 09:33 在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R ...

【2】因为见到过的吸收回路中,电容容值都是几个nf级别的,比如1nf、2.2nf,这么小容值的电容,可以吸收的了电压尖峰吗?

 

由此可以看出:变压器绕制时应该尽量减少漏感。变压器漏感越小,储存的能量越少,功率管关断时需要吸收的能量越少,电阻上耗散的能量也越少,可以提高反激变换器的效率。所以反激变压器的漏感是个重要参数,工艺上往往采用初级次级夹绕的方式减少漏感。


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shaorc 发表于 2022-1-13 09:45 〝无二极管,电阻除了耗散变压器初级漏感所储存的能量之外,还在整个周期内承受变压器初级两端的电压。〞 ...

『这就是使得RCD电路中的电阻,不会在整个周期内,承受变压器初级两端的电压的原因吗?』

是的。

另外,前面说过,变压器漏感所产生的尖峰电压持续时间很短,仅占功率开关管一个开关周期的很小一部分。若没有二极管,电阻在整个周期内都要承受电压:变压器初级两端电压,都要因为两端有变压器初级电压而耗散功率。有了二极管之后,电阻两端电压有效值要比没有二极管小得多。


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shaorc 发表于 2022-1-13 09:33 在第六楼的图中,若把输入+Vin,换成交流市电经过整流滤波后,形成的直流电压输入,那么此时6楼图中C1和R ...

一般地说,二极管整流(无论是哪种),是不可能让直流侧能量返回到交流侧的。

把直流能量转换成交流能量,那叫逆变。而逆变,是另一个问题,同样有多种电路,需要使用可控制的器件如双极型管或者MOS管,甚至比直流转换成直流的开关电源更复杂。


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