开关电源磁性元器件的分布参数（开关电源工程师）.docx

《开关电源磁性元器件的分布参数（开关电源工程师）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源磁性元器件的分布参数（开关电源工程师）.docx（20页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、摘要磁性元件对功率变换器的:巾要性感性元件的设计考虑与相应模型破性元件模型参数对电路性能的影响变乐器的涡流（场）特性-损耗效应变压器的感（场）特性-感性效应变压器的电（场）特性容性效应功率变换器中的功率描性元件作用：起磁能的传递和储能作用，必不可少的元件特点：体枳大，.或量大,损耗大，对电路性能影响大挑战：对变换器功率密度影响很大成为发展版颈功率变换器技术与磁性元件拓扑:正激，反激，推挽，全桥楼相，1.1.C,等，底集成，磴耦合;控制:控制芯片控制电路，变压器环节泄波器环节：封装:PCB绕组.绕组同步MOS.超薄磁元件：元件:有源器件,电容，越性元件（设计定制）；仿真:电路模型，器件模型（Ic

2、MoSMOde.Cap.磁性元件电IS兼容:布板，EMI游波落.分布参数式场糖合：制造:自动化.磁性元件（人工制作）品质:磁性元件测试，失效分析.毡性元件的模型变出匿模型电（参数模型反激变换器实际工作波形CCM下波形与变压器参数f(HZ)z(.o-(R+2yD(W2炉C)(R+2)+(1.0WC变压器中的极场/涡流场分缶特性Ip-IO1.Ah-20AIm-OO1.A微磁通分4K1.)漏破通分车(1.k)线组号体科JW分布Oud*cup=1.PrfvJ=矗MRPUi1.2EH112铜箔导体的涡流损耗特性。绕绢损和工作拗率增人而册人；饶织描狂的在出场强座的用人而增人：小饶抓损耗的着铜箔厚度的增加疗

3、住假儿外小，”.(D=2)6GMf降低变乐潺的绕组损耗一基本结构考虑统组的分布电容EPC三电感结构电好烧组分布电容的形成机理EPC(PF)电感各匝绕组的电位基本呈线性分布电场能量集中储存在各层绕组的层间C18分布电容计算的基本方法感应电荷法Q0_U南6年看桂皿。=包山EEdr一线圈分布电容的近似理论计算设：两/四绢之间的电的层间结构电容）为COEZ=1四=丹AU(X)MEz=f1.x)Fdx多层线圈的分布电容-000008ErTEa-力ECFE1.三r1.2(.,+c)MYEI=HJ耳-尝必若寸心oooo品Ea忖字审+(%)4帚屏蔽层的浇组分布电容Era=gfSNEu=17xrdvC2?n1,

4、n2三(1.X电布Qp、-原、副边之间的感成电荷ips变压器内部的电荷分卷情况与分布电容OVs电-Q今副边绕组内的电场C、：91）今岸边绕纲内的电场60有屏蔽层变压器内部的电荷分布情况I.I;/;OVs一电dQ,副边绕1.内的电场C二电荷Qp、h-被屏蔽层屏蔽的搜皮电荷电梯QP、+原、剧边之间的播成电荷ips05JfErAfQP-原边境如内的电场-Cp0800800800800080800080s电aQ副边境纸内的电场今CS/电荷Qph被屏蔽层屏蔽的感应电荷电荷+QP今OIiZ1.E的超成正电佝变压器副边电荷的抵消设计Vp1电荷令、今副边上的居应负电荷电荷QP原边绕组内的电场今Cp如果能使得Q

5、PS=Qsp,则副边净感应电荷为0今？结论磁性元件技术时功率变换器是I分重要的:硬性元件的分布图数对电路性能(效率，功率密友和可靠性)具有重要的影响:从磁性元件内部的松场、电场和涡流场层次，可以更深入完整地埋解感性元件的各项参数，网参考资料：开关电源中各元件拆解分析开关电源(SWi1.ehMO1.kPOwerSUPp1.y,而称SMpS).又称开关电源、开关变换器,是，-种高频功率变换装置.是电源的一种.其功旎足通过不同形式的架构.将某一电平的电压转换为用户所衢的电压或电流.普通电源的作用是将输入的交流市电(CI1OV22OV)通过隔离开关降压电路转换成便件所需的几种低压直流电源:3.3V、5

6、V.12V,-I2V,并提供具有SV恃机(SVSB)关闭功能的计修机处于待机状态.因此.该电源同时配备高压和大功率元件.电源转换过程为交流怆入一EMI泌波电路一整流电路一功率因数校正电路（有源或无源PFC）T功率级初级恻（高压侧）开关电路转换成脉冲电流一主变压器一功率线次级恻（低压侧）整流电路一电压调整电路（如梭放大电路或DCDC行换电路）一游波器（平滑输出发:波，由电雪和电容组成）电路一监控输出的电源管理电路.下面介绍交流输入用EMI逑波H1.路的常用元件，交流输入插座此处首次检交外部交流电源输入.首先，在交流输入端加装二阶EM1.以阻挡来自电源线的干扰,防止电源工作时产生的开关噪声通过电源

7、线传播并干扰其他用电设备.（EMI）（电磁干扰）（EM1.）（电磁F扰）（港波涔（逑波即的低通谑波目的是将交流电中包含的痣领噪声旁路或里导至地践，只允许波形大约60HZ才能通过。上图中间是一个集成EM1.源波器电源插座，沌波器电路完全包含在一个铁盒内，可以史有效地防止噪声漫漏.由于没行金鹏外光,深埋式内置EM1.滤波器的电源会泄漏一些噪声，因此左侧插座上仅添加CX和Cy电容（和后介绍）.EMI谑波器电路羟常在1Ji1.路板上实现。如果主电路板上的EMI电跖区域是空的，则该区域的元件已被移除，由于目前12Cm风扇的电源内部面枳不足以容纳集成EMI谑波器，因此大部分采用照片左右两例的方案，X电容（

8、Cx.又称跻线迪波电容）该EMI泄波器电路的目标是通过在火线（IJ和中性税（N）之间桥接电容器来降低电源线的低正常噪声.外观呈方形，如图所示，上面写有字母X或X2,Y电容(Cy,又称线路旁路电容)为了最大限度地降低高常模和共模噪声Y电容器连接在浮动地(FG)和火线(1.N零线(N)之间.电脑电源中的FG点与图中的金国外无、地线(E),输出掂OV/GND相连.所以当地税不接时，会通过两个小联连接一连接的电线，当人体接触Cy电容时，它会分压输入电源一半的电位差Vin2),可能会感应出电整.共模扼流战圈(交联电感)为r消除电源线的低通共模和射频噪声,共模扼流域圈与潴波涔电路中的火线（1.和零税（N串

9、联.一些电源的怆入线采用环境破芯的殳计，可以将其视为基本的共模振流圈.它有环形和方形的形状，类似于变压器，并且可以看到一些裸际的战圈.UN线和地城E之间的喙声被称为共态噪声,而1.和N线之间的噪泮被称为常态噪声。EMI/波器的根本目的是消除和阻挡这两类噪声.EM1.滤波电路之后是瞬态保护电路和整通电路,常用元件如下.保险丝当流过保险丝的电流超过额定限值时,保险丝将熔断，保护与后端电路的连接,电源中使用的保险税通常是快断型.但最好是防爆型.该保险税与标准保险税的主要区别在于,外管是米色阳窟管,内含防火材料,可防止熔断时产生火花.照片顶部的固定式（的掂包接食上坡座并焊接到电路板上）和图片中间的可拆

10、卸式都是安奘在电路板上的用金属央固定r热熔断器是下面的方形元件.此保险税连接在功率元件的大功率水湿电阻或散热器上,主要用于防超温，防止因过热而导致元件损坏或收阳,该保酸丝还可与电流保险丝配合使用，提供针对电流和温度的双虫保护，负温度系数电阻（NTC）电源接通时电湖高出端的电耨电容处于无电状态“充电过程中会出现过大的电流浪涌和线路压降，可能导致桥式整流器和其他组件超过其颔定电流并烧费.当NTC与1.或N跳申联时，其内阳可以在充电时限制电流，而负温度系数意味者其阻侑随存温度升海而诚小，因此当电流流过本体时,电阻减小.为了减少不必要的功耗，电阻值会随桁温状升高而逐渐减小.大部分成分是黑色和深绿色的球

11、状饼状成分.然而,当电源在预热状态下启动时,其保护作用被忽略，即使阻抗可以随温度降低,仍然消耗少家的功率.因此,当今大多数高效电源都采用了更复杂的瞬时保护电路。金氧压敏电阻(MOV)在保险税的背面,压敏电阻连接在火线和地域之间.当两端电纸差小于其额定电压值时.本体呈现高阻抗：当电压基超过其额定电压位时,本体电阻迅速下降.估计1.N和前端保险丝之间存在短路，由于短跖产生的电流，前端保嗓丝将熔断以保护后端电路。当主体承受过大的电力时，它偶尔会自毁.以提盛用户设备出现问题.它常见于电源的交流输入端。当输入交流过压时，保险丝能及时爆断，防止内部器件损坏.其颜色和外观与Cy电容非常相似.但元件上的文字和

12、型号可以区分.桥式整流器内部桥式整流器中有四个二极管交替连接.它的工作是对输入交流电iM行全波整流，供后端的开关电路使用.其外观和尺寸招根据组件的额定电压和电流而变化.有些电源会将其安奘在散热器上.以帮助散热并确保长期稳定性.整流后进入功率欲原边开关电路.本节的元件定义了电源各通道的大输出能力，是一个关键元件。开关品体管它根据控制信号导通和关断决定电流是否流过作为开关电路中的非接触式快速电子开关，在有源功率囚数校正电路和功率级原边电路中起着至关认要的作用.!111111111.1.;I!ITI/iJII电源中的传统NMOSFET(N型金属氧化物半H体场效应晶体管如图上半部分所示,而NPNHJT

13、如图下半部分所示（NPN型双结晶体管）.根据开关元件的电路组成,可以产生不同的功率级拓扑，例如双晶正漱型、半桥型、全桥型、推挽型等,开关也用于要求高效率的电源,I可步整流电路和DCDC降压电跖均采用晶振，变压器由于采用变质器分禺高低压.利用磁能进行能状交换,故称为隔离开关降汽电源.不仅可以避免高低压电路发生故障时的充电危险，还可以轻松产生多种电压输出.由于工作频率尚，变压器的体积比标准交流变H器小。由于变压器是电力传输通路之一，目前的大输出电源均采用多变压器设计，以防止单个变压器饱和而限制功率输出。辅助电源电路和用于信号传输的脉冲变压器显示在镜头的顶部，而主电源变压器和环形次纸侧调节变压器显示

14、在底部.采用变代渊作为隔离边界时.副边的给出电质远低于原边.但仍需经过整流、词整、迪波、平滑等电路后才变为原边，计算机部件所箭的各种电压的直流电压.二极管根据各部分的电路要求和输出大小，电源内部采用不同的类型和规格，除传统的珪二极管外,还有肯特基势垒二极管（SBD）,快快更二极管（FRD）和齐纳二极管（ZDr等等.插图描述了最常见的.极管封装。SBD用功率级的次级例,对变压器输出迸行整流,ZD用作电乐基准.FRDE要用于有源功率因数校正和功率级的初级国电路:SBD用于功率级的次级施，对变压器输出进行整流，ZD用作电压基准.电器根据磁芯的结构、电塔值以及在电路上的安装位I1.电感器可用作交流电路中的储能元件、破放大器电路中的电压调节元件以及次级（H整流后的物出湖波.图中的电博器