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文檔簡介
1、1變壓器溫升太高解決方法變壓器溫升太高解決方法開關(guān)電源中主要的發(fā)熱元器件為半導體開關(guān)管、功率二極管、高頻變壓器、濾波電感等。不同器件有不同的控制發(fā)熱量的方法。功率管是高頻開關(guān)電源中發(fā)熱量較大的器件之一,減小它的發(fā)熱量,不僅可以提高功率管的可靠性,而且可以提高開關(guān)電源的可靠性,提高平均無故障時間(MTBF)。開關(guān)管的發(fā)熱量是由損耗引起的,開關(guān)管的損耗由開關(guān)過程損耗和通態(tài)損耗兩部分組成,減小通態(tài)損耗可以通過選用低通態(tài)電阻的開關(guān)管來減小通態(tài)損
2、耗;開關(guān)過程損耗是由于柵電荷大小及開關(guān)時間引起的,減小開關(guān)過程損耗可以選擇開關(guān)速度更快、恢復時間更短的器件來減少。但更為重要的是通過設(shè)計更優(yōu)的控制方式和緩沖技術(shù)來減小損耗,如采用軟開關(guān)技術(shù),可以大大減小這種損耗。減小功率二極管的發(fā)熱量,對交流整流及緩沖二極管,一般情況下不會有更好的控制技術(shù)來減小損耗,可以通過選擇高質(zhì)量的二極管來減小損耗。對于變壓器二次側(cè)的整流可以選擇效率更高的同步整流技術(shù)來減小損耗。對于高頻磁性材料引起的損耗,要盡量避
3、免趨膚效應,對于趨膚效應造成的影響,可采用多股細漆包線并繞的辦法來解決。高頻電源變壓器是工作頻率超過中頻(10kHz)的電源變壓器,主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(guān)電源變壓器,也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機中作高頻逆變電源變壓器的。按工作頻率高低,可分為幾個檔次:10kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1MHz、1MHz以上。傳送功率比較大的,工作頻率比較低;傳送功率比較小的,工作
4、頻率比較高。這樣,既有工作頻率的差別,又有送功率的差別,工作頻率不同檔次的電源變壓器設(shè)計方法不一樣.高頻電源變壓器的設(shè)計原則高頻電源變壓器的設(shè)計原則,是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價格比最好。有時可能偏重性能和效率,有時可能偏重價格和成本?,F(xiàn)在,輕、薄、短、小,成為高頻電源的發(fā)展方向,是強調(diào)降低成本。其中成為一大難點的高頻電源變壓器,更需要在這方面下功夫。所以高頻電源變壓器的“設(shè)計要點”,性能,成本,如果能認真考慮一下高頻電
5、源變壓器的設(shè)計原則,追求更好的性能價格比,傳送不到10VA的單片開關(guān)電源高頻變壓器,應當設(shè)計出更輕、薄、短、小的方案來。市場的價值規(guī)律是無情的!許多性能好的產(chǎn)品,往往由于價格不能為市場接受而遭冷落和淘汰。往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決。要“節(jié)能又節(jié)錢”.產(chǎn)品成本,不但包括材料成本,生產(chǎn)成本,還包括研發(fā)成本,設(shè)計成本。因此,為了節(jié)約時間,根據(jù)經(jīng)驗,對高頻電源變壓器的鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例、原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參
6、考數(shù)據(jù),對窗口填充程度,繞組導線和結(jié)構(gòu)推薦一些方案不要按步就班地來回進行推算和仿真。設(shè)計原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價格比最好。檢驗設(shè)計的唯一標準是設(shè)計出的產(chǎn)品能否實應住市場.高頻電源變壓器的設(shè)計要求以設(shè)計原則為出發(fā)點,可以對高頻電源變壓器提出4項設(shè)計要求:使用條件,完成功能,提高效率,降低成本。1使用條件使用條件包括兩方面內(nèi)容:可靠性和電磁兼容性??煽啃允侵冈诰唧w的使用條件下,高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止
7、。一般使用條件對高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。有些軟磁材料,居里點比較低,對溫度敏感。例如:錳鋅軟磁鐵氧體,居里點只有215℃,其磁通密度,磁導率和損耗都隨溫度發(fā)生變化,故除正常溫度25℃外,還要給出60℃,80℃,100℃時的各種參考數(shù)據(jù)。因此,將錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的工作溫度限制在100℃以下,也就是環(huán)境溫度為40℃時,溫升只允許低于60℃,相當于A級絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件,一般都采用E級和B級
8、絕緣材料,采用H級絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜,成本增加是不是因為H級絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計方案,可以使體積減少12~13的緣故本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器,如次級繞組采用三重絕緣線,能把體積減小12~13。電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對外界的電磁干擾,又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括音頻噪聲和高頻噪聲。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮大的軟磁材料,產(chǎn)
9、生的電磁干擾大。例如,錳鋅軟磁鐵氧體,磁致伸縮系數(shù)λS為2110-6,是取向硅鋼的7倍以上,是高磁導坡莫合金和非晶合金的20倍以上,是微晶納米晶合金的10倍以上。因此錳鋅軟磁鐵3工作頻率下,還有可能出現(xiàn)銅損等于鐵損的情況。中小功率高頻電源變壓器的工作頻率在100kHz左右,鐵損已經(jīng)大于銅損,而成為高頻電源變壓器損耗的主要部分。正因為鐵損是高頻電源變壓器損耗的主要部分,因此根據(jù)鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設(shè)計的一個主要內(nèi)容。鐵損也成為
10、評價軟磁芯材料的一個主要參數(shù)。鐵損與磁芯的工作磁通密度工作頻率有關(guān),在介紹軟磁磁芯材料鐵損時,必須說明在什么工作磁通密度下和在什么工作頻率下?lián)p耗。用符號表示時,也必須標明PBf〔式中工作磁通密度B的單位是T(特斯拉),工作頻率f的單位是Hz(赫芝)〕。例如,P0.5400表示工作磁通密度為0.5T,工作頻率為400Hz時的損耗。又例如,P0.1100k表示工作磁通密度為0.1T,工作頻率為100kHz時的損耗。鐵損還與工作溫度有關(guān),在介
11、紹軟磁磁芯材料鐵損時,必須指明它的工作溫度,特別是軟磁鐵氧體材料,對溫度變化比較敏感,在產(chǎn)品說明書中都要列出25℃至100℃的鐵損。軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限,常常是鐵損限制了工作磁通密度的上限。所以,在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標準中,把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積Bf,作為材料的性能因子,并說明在性能因子條件下允許的損耗值。新的分類標準根據(jù)性能因子把軟磁鐵氧體材料分為PW1,PW2,PW3
12、,PW4,PW5等5類,性能因子越高的,工作頻率越高,極限頻率也越高。例如,PW3類軟磁鐵氧體材料,工作頻率為100kHz,極限頻率為300kHz,性能因子Bf為10000mTkHz,即在100mT(0.1T)和100kHz下,100℃時損耗a級≤300kWm(300mWcm3),b級≤150kWm3(150mWcm3)。在某一段工作頻率下,高頻電源變壓器的繞組損耗(銅損)與鐵損相接近時,例如,銅損鐵損=100%~25%范圍內(nèi),銅損也不
13、能忽視,也應當考慮采取措施來減少銅損。由于原繞組和副繞組承擔的功率相近,往往在設(shè)計中取原繞組的銅損等于副繞組的銅損,以便簡化設(shè)計計算過程,不能只強調(diào)依溫升來設(shè)計高頻電源變壓器,由于熱阻不容易準確確定,設(shè)計計算相當麻煩。因此,為了簡化計算,有時根據(jù)經(jīng)驗預先推薦一些原則和數(shù)據(jù)是必要的。同樣,為了簡化計算,對不同工作頻率,不同功率的高頻電源變壓器推薦不同的繞組電流密度,也是必要的,但不限于某一個電流密度值,例如,2Amm2~3Amm2。應當看
14、到:實現(xiàn)高頻電源變壓器設(shè)計要求的方法并不限于一種,應當進行多種多樣的探索.4降低成本降低成本是高頻電源變壓器的一個主要設(shè)計要求,有時甚至是決定性的要求。高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品,和其他商品一樣,都面臨著市場競爭。競爭的內(nèi)容包括性能和成本兩個方面,缺一不可。不注意降低成本,往往會在競爭中被淘汰。高頻電源變壓器的成本包括材料成本,制造成本和管理成本。設(shè)計是高頻電源變壓器降低成本的主要手段。高頻電源變壓器所用的材料和零部件的貴和數(shù)量的多少?
15、是否方便采購?是否要備有多少庫存量?磁芯,線圈和總體結(jié)構(gòu)的加工和裝配工藝復雜還是簡單?需要人工占的比例多大(實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化,可以減少人工工時,更能保證產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量)?是否需要工模具?質(zhì)量控制中需要檢測的工序和參數(shù):哪些參數(shù)要在加工過程中檢測?哪些參數(shù)要在出廠試驗中檢測(出廠試驗的參數(shù)應選擇能決定性能的關(guān)鍵參數(shù),數(shù)量不要多,以便能即時判斷產(chǎn)品質(zhì)量。)?哪些參數(shù)要在型式試驗中檢測?要用什么檢測儀器和設(shè)備,價格如何?等等,
16、都是由設(shè)計來決定的。因此,高頻電源變壓器的設(shè)計者除了要了解高頻電源變壓器的理論和設(shè)計方法而外,還要了解各種軟磁材料和磁芯的性能和價格,各種電磁線的性能和價格,各種絕緣材料的性能和價格;還要了解磁芯加工熱處理工藝,線圈繞制和絕緣處理工藝及變壓器組裝工藝;還要了解實現(xiàn)質(zhì)量控制的檢測參數(shù)和儀器設(shè)備;還要了解生產(chǎn)管理的基本知識以及高頻電源變壓器的市場動態(tài)等等。只有知識全面的設(shè)計者,才能設(shè)計出性能好,成本低的高頻電源變壓器產(chǎn)品。降低成本是促進高頻
17、電源變壓器技術(shù)發(fā)展的一種推動力。為什么輕、薄、短、小成為高頻電源變壓器的發(fā)展方向?原因之一是這樣既能降低材料成本,又能降低制造成本。提高工作頻率,可以使高頻電源變壓器的重量和體積下降。但是,要克服高頻帶來的負面影響,必須采用新的軟磁材料和導電材料并增加抑制高頻電磁干擾的措施,因此,對具體使用條件下的高頻電源變壓器究竟選用多高的工作頻率?要在綜合考慮性能和總體成本后決定。提高效率,降低損耗發(fā)生的熱量,可以減少高頻電源變壓器散熱的表面積,從
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