精通反激电源变压器设计2-精通反激电源设计的关键---反激电源变压器2B

我为什么要讲这个内容呢

其实反激电源变压器的计算

很大一个程度就是有个条件

就是从这个地方来入手

其实有效值就是上面的 Irms

IDC 对输出来讲

就是一个输出的负载

就是输出电流 比如 5V 10A

5V 几安培 这个多少安培

对输出部分来讲

IAC 是通过这个滤波电容的交流分量

知道了这个交流分量

如果知道 ESR

自然我就可以算出它的纹波是多少

所以这个交流分量是非常有用的

同样的道理

从输入回路来讲

如果这个波形是输入回路的波形

当然现在就是

这样的话 I 是通过原边的电流的有效值

也就是说知道它的有效值是多少

那么我如果知道原边的内阻

那至少它的损耗就可以算出来了

就是有效值的电阻

加在电阻上的损耗就可以算出来

另外一个就是 IAC 是什么呢

IAC 是前面的电解电容

电解电容的高频成分

必须要在这个电容上流过去

IDC 就是我们前面那个

就相当于这个回路

是 IAC 是在这流

这地方流被吸收掉了高频

当然这地方还有一个工频 100 Hz 的

也是往里头灌

所以这个电容要承担两个交流

一个是工频的两倍

就是整流后的 100 Hz

还有一个高频的 是这个地方的 IAC

直流是什么呢

就相当于这个地方的平均值

就是输入的平均值

所以说我们 D1 的平均值

也基本上也能算出来

所以从这个波形可以衍生出

很多元器件的电流参数或者电压参数

这个是个非常重要的概念

我只是举了一个原边的场效应管的电流波形

其实副边是倒过来

这一部分前边是为零

后面是一个反过来的梯形

只是把这个占空比 D 改成 1-D 就好了

所以这个概念是非常的重要

我希望大家能够理解

至于下面这个公式是怎么来的

其实我们有很多的参考书可以去看

这个是我们从定义来的

就是它的平均值就是直流

它的有效值就按照定义的积分

最后把这个波形放进去之后

分段积分出来肯定是这么一个结果

AC 就通过上面这个公式把它反过来求出来

实际上这个是我们非常重要的一个概念

我希望大家能够理解

如果大家对这个不是很熟悉的话

也可以去推导一下

这是纯几何的算法

就相当于纯几何的积分

所以跟具体的电路和电流没有多大关系

就是个波形而已

还有一点我非常想跟大家讲的是

这个内容

这个内容是来自福州大学陈为教授的讲义

陈老师在这个方面我认为它这个模型

做得非常的浅显易懂非常有意思

做得非常的好

所以我把它载过来了

那么我们来看

这个是什么意思呢

左边这个红颜色方框里面我们假设

是一个变压器的原边反激电源的

还有一个副边

原边比如说是绕了 3 层

那么把这个电压加上去

那这个写的这个 0 和 Vp 什么意思呢

就是 0 接到电解电容那边

是表示一个比较安定的电位

实际上就是 Vin

就是整流之后的直流电

Vp 是接到我们场效应管的 VDS

是这个地方这一段

那么它是这么个接法

输出是按照我们这个图一样

下面是接到这个同名端

上面是接到上面

这个地方实际上接了一个反接二级管

反激电源的整流二极管

我们看这个图 这是什么呢

这个图是在开关管

比如一导通

底下一导通 电压都加在这两端

因为它这个层在这个地方

那么这两个地方是短路的

所以 它没有电位差

那这个地方自然电位差最大

转了一半

比如上层的话就是 1/2 电压

1/2 电压在上面

自然而然这两排线之间

就会形成一个电位差就是电场

实际上就形成了电场的电荷

就是 Qp 就这么形成了

同样这个地方也形成了 Qp

同样这个地方也形成了 Qp

那么这是对原边

假设没有副边就是这么一个东西

假设没有副边就是这么一个东西

但是现在有了副边

有了副边会感应出电压来

感应出电压来

最后形成这样一个分布

就是从 Qps 实际上是这么个分布

这是这么一个状况

我们知道 这个电场

因为它是始终在变的

就是开关开和关都在变

所以短路的时候形成这样的

关闭的时候电压会反过来

实际上电荷是一直在变化之中

随着时间的变化而变化

电荷除以时间是电流

这个 Qp 为什么是 Qp 呢

就是这一部分的电荷

除以时间它就形成了电流

Qp 就是并在原边两端的寄生电容

实际上是一个杂散分布

它并不是这么简单的并了一个电容上去

意思是不一样的

可以类似等效这样

这个地方 Qps 刚才讲的是这么造成的

它是两边的电压感应出来之后

电压形成这样的三角形的分布

Qps 如果随着时间的变化除以 t

也形成了电流

从中间这个图来看

它实际上是场效应管的漏极和输出的

这个地方是接地 上面接个二极管

那么这两个之间形成了电荷的变化

电荷变化最终形成了 ips 这个电流

所以从这个图我们就知道了

也就是工作的时候

这里有个 Cp 有个电流在跑

Cp 有个电流在跑

Cps p 就是原边 s 是副边

原副边之间也有一个电流在跑

所以说这就是寄生电容形成的机理

形成这个电容之后

这是我们最头疼的事情我们最不喜欢

因为我们看最右边

因为我们看最右边

就相当于 LISN 这个网络的匹配网络

就是电源匹配网络

它里头有一个接地的电阻 50 欧姆

那么这个电流如果从这流下来

经过了这个 EMI 这个网络

50欧姆形成的

就形成了 EMI

如果这个电流不往这流

EMI 就完全是好的 就没问题

所以这机理就告诉我们

EMI 在这个地方

由于这个 Cps 这个电容存在

也就是这个电荷的变化的分布的存在

实际上就产生了一个共模的噪声

这是我们非常关注而且也非常不希望的

那么我们在变压器设计的时候

就要非常关注

这个电容的产生或者怎么去解决

这部分的电容让它尽可能变小

同样 陈老师在这方面做的贡献非常大

所以它非常简单得给出这么一个图形

我们可以去测量这件事情

说到测量

我们往往是说

寄生电容多少

我们很多人都喜欢

把这个原边两端去拿一个电容表去量一下

其实是量不来的

为什么呢

因为它是短路的

这地方杂散电容容量又很小所以测不到

真正我们关注的

其实并不是这个电容

而是这个电容我们最关注

从这个图来看

上面是原边电位动点

所谓电位动点实际上就是我们

接到场效应管 VDS 的地

就是漏极上面的点

底下静点 静点就是接到电源的

那么我们可以模仿这个

开关电源的动作机理

如果我有一个高频的信号源

比如说 100k

那么我在这两端

加上一个信号 100k 的频率加上去

加上去我在副边这个电流要流回来

如果检测到这个电流流回来

就说明有 EMI

如果这个电流没有了

就说明这个 EMI 非常好

这里头形成一个杂散

原边和副边之间有个杂散电容的存在

所以它一定会流回来某种意义上

那么我们看底下这个图

实际上这个地方

我就加了一个高频的交流源

交流源把电压加在两端之后

就形成了原边的工作机理

由于这个 Cps 这个电容存在

所以它有一部分会往这边漏过去

漏到这个线圈上来

因为它是杂散的

我们画的是画到底下

其实是从每个地方都会漏过来

最终会流到最底下

这个电阻实际上就是做 EMI 测试的

50 欧姆的电阻

一旦这个电阻检测到有电压了

那么说明 EMI 的共模的干扰就进来了

实际上是这么个道理

通过这个道理

我们用个网分

相当于网络分析仪

就是我们用这样一个信号

去测这个四端子的情况

我们会得到右边右上角这么一个曲线

后面有个翘起来的点

这个我们先不管 这是个谐振的问题

我们测到这个曲线是什么概念呢

就是这个电流

通过 IL 这边

这边是随着频率的变化

我们取得了这个电压实际上是这个电流

一直在增长

这就近似于一个对数直线

通过这个曲线可以分析出

CQ 就是多少 这是一个等效的

就是得到一个等效的 CQ

反过来就是我们测出这个影响

就是 EMI 的电容

所以说可以通过这么去理解

那么退一步讲

我们当然希望 CQ 越小越好

没有才好

实际上我们后面的设计的变压器绕组的

调整包括排线包括屏蔽层等等

我们可以经过一些有效的调整

让它这个电流做得非常的小

越小 EMI 就越好

当然做到做好

如果有办法做到零

那说不定滤波器就可以简化了

所以这个是非常有意义

这两个讲义是陈老师把这个原理

讲得非常通俗易懂的

最好的教材

所以说我希望大家能够记在脑袋里

做变压器的时候想到这些事情

第二讲就到这为止

谢谢大家

我为什么要讲这个内容呢

其实反激电源变压器的计算

很大一个程度就是有个条件

就是从这个地方来入手

其实有效值就是上面的 Irms

IDC 对输出来讲

就是一个输出的负载

就是输出电流 比如 5V 10A

5V 几安培 这个多少安培

对输出部分来讲

IAC 是通过这个滤波电容的交流分量

知道了这个交流分量

如果知道 ESR

自然我就可以算出它的纹波是多少

所以这个交流分量是非常有用的

同样的道理

从输入回路来讲

如果这个波形是输入回路的波形

当然现在就是

这样的话 I 是通过原边的电流的有效值

也就是说知道它的有效值是多少

那么我如果知道原边的内阻

那至少它的损耗就可以算出来了

就是有效值的电阻

加在电阻上的损耗就可以算出来

另外一个就是 IAC 是什么呢

IAC 是前面的电解电容

电解电容的高频成分

必须要在这个电容上流过去

IDC 就是我们前面那个

就相当于这个回路

是 IAC 是在这流

这地方流被吸收掉了高频

当然这地方还有一个工频 100 Hz 的

也是往里头灌

所以这个电容要承担两个交流

一个是工频的两倍

就是整流后的 100 Hz

还有一个高频的 是这个地方的 IAC

直流是什么呢

就相当于这个地方的平均值

就是输入的平均值

所以说我们 D1 的平均值

也基本上也能算出来

所以从这个波形可以衍生出

很多元器件的电流参数或者电压参数

这个是个非常重要的概念

我只是举了一个原边的场效应管的电流波形

其实副边是倒过来

这一部分前边是为零

后面是一个反过来的梯形

只是把这个占空比 D 改成 1-D 就好了

所以这个概念是非常的重要

我希望大家能够理解

至于下面这个公式是怎么来的

其实我们有很多的参考书可以去看

这个是我们从定义来的

就是它的平均值就是直流

它的有效值就按照定义的积分

最后把这个波形放进去之后

分段积分出来肯定是这么一个结果

AC 就通过上面这个公式把它反过来求出来

实际上这个是我们非常重要的一个概念

我希望大家能够理解

如果大家对这个不是很熟悉的话

也可以去推导一下

这是纯几何的算法

就相当于纯几何的积分

所以跟具体的电路和电流没有多大关系

就是个波形而已

还有一点我非常想跟大家讲的是

这个内容

这个内容是来自福州大学陈为教授的讲义

陈老师在这个方面我认为它这个模型

做得非常的浅显易懂非常有意思

做得非常的好

所以我把它载过来了

那么我们来看

这个是什么意思呢

左边这个红颜色方框里面我们假设

是一个变压器的原边反激电源的

还有一个副边

原边比如说是绕了 3 层

那么把这个电压加上去

那这个写的这个 0 和 Vp 什么意思呢

就是 0 接到电解电容那边

是表示一个比较安定的电位

实际上就是 Vin

就是整流之后的直流电

Vp 是接到我们场效应管的 VDS

是这个地方这一段

那么它是这么个接法

输出是按照我们这个图一样

下面是接到这个同名端

上面是接到上面

这个地方实际上接了一个反接二级管

反激电源的整流二极管

我们看这个图 这是什么呢

这个图是在开关管

比如一导通

底下一导通 电压都加在这两端

因为它这个层在这个地方

那么这两个地方是短路的

所以 它没有电位差

那这个地方自然电位差最大

转了一半

比如上层的话就是 1/2 电压

1/2 电压在上面

自然而然这两排线之间

就会形成一个电位差就是电场

实际上就形成了电场的电荷

就是 Qp 就这么形成了

同样这个地方也形成了 Qp

同样这个地方也形成了 Qp

那么这是对原边

假设没有副边就是这么一个东西

假设没有副边就是这么一个东西

但是现在有了副边

有了副边会感应出电压来

感应出电压来

最后形成这样一个分布

就是从 Qps 实际上是这么个分布

这是这么一个状况

我们知道 这个电场

因为它是始终在变的

就是开关开和关都在变

所以短路的时候形成这样的

关闭的时候电压会反过来

实际上电荷是一直在变化之中

随着时间的变化而变化

电荷除以时间是电流

这个 Qp 为什么是 Qp 呢

就是这一部分的电荷

除以时间它就形成了电流

Qp 就是并在原边两端的寄生电容

实际上是一个杂散分布

它并不是这么简单的并了一个电容上去

意思是不一样的

可以类似等效这样

这个地方 Qps 刚才讲的是这么造成的

它是两边的电压感应出来之后

电压形成这样的三角形的分布

Qps 如果随着时间的变化除以 t

也形成了电流

从中间这个图来看

它实际上是场效应管的漏极和输出的

这个地方是接地 上面接个二极管

那么这两个之间形成了电荷的变化

电荷变化最终形成了 ips 这个电流

所以从这个图我们就知道了

也就是工作的时候

这里有个 Cp 有个电流在跑

Cp 有个电流在跑

Cps p 就是原边 s 是副边

原副边之间也有一个电流在跑

所以说这就是寄生电容形成的机理

形成这个电容之后

这是我们最头疼的事情我们最不喜欢

因为我们看最右边

因为我们看最右边

就相当于 LISN 这个网络的匹配网络

就是电源匹配网络

它里头有一个接地的电阻 50 欧姆

那么这个电流如果从这流下来

经过了这个 EMI 这个网络

50欧姆形成的

就形成了 EMI

如果这个电流不往这流

EMI 就完全是好的 就没问题

所以这机理就告诉我们

EMI 在这个地方

由于这个 Cps 这个电容存在

也就是这个电荷的变化的分布的存在

实际上就产生了一个共模的噪声

这是我们非常关注而且也非常不希望的

那么我们在变压器设计的时候

就要非常关注

这个电容的产生或者怎么去解决

这部分的电容让它尽可能变小

同样 陈老师在这方面做的贡献非常大

所以它非常简单得给出这么一个图形

我们可以去测量这件事情

说到测量

我们往往是说

寄生电容多少

我们很多人都喜欢

把这个原边两端去拿一个电容表去量一下

其实是量不来的

为什么呢

因为它是短路的

这地方杂散电容容量又很小所以测不到

真正我们关注的

其实并不是这个电容

而是这个电容我们最关注

从这个图来看

上面是原边电位动点

所谓电位动点实际上就是我们

接到场效应管 VDS 的地

就是漏极上面的点

底下静点 静点就是接到电源的

那么我们可以模仿这个

开关电源的动作机理

如果我有一个高频的信号源

比如说 100k

那么我在这两端

加上一个信号 100k 的频率加上去

加上去我在副边这个电流要流回来

如果检测到这个电流流回来

就说明有 EMI

如果这个电流没有了

就说明这个 EMI 非常好

这里头形成一个杂散

原边和副边之间有个杂散电容的存在

所以它一定会流回来某种意义上

那么我们看底下这个图

实际上这个地方

我就加了一个高频的交流源

交流源把电压加在两端之后

就形成了原边的工作机理

由于这个 Cps 这个电容存在

所以它有一部分会往这边漏过去

漏到这个线圈上来

因为它是杂散的

我们画的是画到底下

其实是从每个地方都会漏过来

最终会流到最底下

这个电阻实际上就是做 EMI 测试的

50 欧姆的电阻

一旦这个电阻检测到有电压了

那么说明 EMI 的共模的干扰就进来了

实际上是这么个道理

通过这个道理

我们用个网分

相当于网络分析仪

就是我们用这样一个信号

去测这个四端子的情况

我们会得到右边右上角这么一个曲线

后面有个翘起来的点

这个我们先不管 这是个谐振的问题

我们测到这个曲线是什么概念呢

就是这个电流

通过 IL 这边

这边是随着频率的变化

我们取得了这个电压实际上是这个电流

一直在增长

这就近似于一个对数直线

通过这个曲线可以分析出

CQ 就是多少 这是一个等效的

就是得到一个等效的 CQ

反过来就是我们测出这个影响

就是 EMI 的电容

所以说可以通过这么去理解

那么退一步讲

我们当然希望 CQ 越小越好

没有才好

实际上我们后面的设计的变压器绕组的

调整包括排线包括屏蔽层等等

我们可以经过一些有效的调整

让它这个电流做得非常的小

越小 EMI 就越好

当然做到做好

如果有办法做到零

那说不定滤波器就可以简化了

所以这个是非常有意义

这两个讲义是陈老师把这个原理

讲得非常通俗易懂的

最好的教材

所以说我希望大家能够记在脑袋里

做变压器的时候想到这些事情

第二讲就到这为止

谢谢大家