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電源廠家介紹50W高頻開關電源的優化設計

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電源廠家介紹50W高頻開關電源的優化設計

近年來我國經濟的飛速發展壯大，我國電力領域也在持續的發展壯大。近年來我國環保意識的提高，倡導節能環保社會，老百姓對高效率、低功耗的穩壓電源的需求越來越多，安全穩定的工作更加是老百姓對其的主要需求。
1高頻開關電源基本原理
1.1高頻開關電源概念
一般情況下，高頻開關電源主要有兩種，即DC/DC和AC/DC。在這當中，前面一種早已模塊化，其生產工藝與制作技術時至今日在國內、國外都趨向愈發規范、完善，也取得了廣大消費者的較好口碑。
DC/DC變換器即把固定直流電壓有效轉變成可變直流電壓，一般運用在開關電源，許多情況下都要求輸入和輸出間完成電隔離，這就一定要采用變壓器完成隔離，稱之為隔離變壓器。
這類變壓器是把直流的電流或電壓轉化成高頻的電流或電壓，在完成科學升降后，再利用整流平滑濾波轉化成直流的電流或電壓。
1.2工作原理
高頻開關電源中的AC/DC變換，屬于把交流轉化成直流的一個過程，其功率可以是雙向的流向，功率流從負載回到電源的，稱之為有源逆變；功率流從電源出發至負載的，稱之為整流。在具體工作過程中，AC/DC需要利用濾波和整流，因此需要大體積濾波容器。此外，因為受制于有關安全標準，采用的交流電理應嚴格按照有關的安全標準，這使AC/DC的電源體積小型化極難實現；另一方面，受制于內部的大電流開關動作和高壓、高頻等，致使電磁兼容難度有所增加，這要求內部的高密度安裝電路有關制作一定具有高標準。對于上述情況，只有對電源系統充分優化，才可以有效將工作效率及設計標準和要求提高。
2高頻開關電源的制作
2.1開關電源構成
在具體的工作過程中，AC/DC的開關電源有兩大主要組成部分，即控制電路和主電路。在這當中，控制電路主要有輔助電源電路、控制電路、保護動作電路和檢測電路等，且關鍵的部分是DC/DC變換器；主電路主要有輸出整流濾波電路、輸入EMI濾波電路、DC/DC變換器和輸入整流濾波電路等。
2.2高頻變壓器
開關電源主要的核心即變壓器，因此，變壓器的品質是否良好將對開關電源整體性能造成直接影響，特別對高頻開關電源，變壓器將會遭受許多因素干擾。因此，在制作高頻開關電源的過程中，重點在于制作高頻變壓器。
2.3鐵氧體和磁芯
一般情況下，開關電源常用的軟磁材料包括硅鋼片、非晶態合金、鐵粉芯、鐵氧體和恒導合金等，在這當中最常見的是鐵氧體。
（1）最多見的鐵氧體，屬于黑色或者深灰色的一種陶瓷類型材料，其擁有較好的化學穩定性，材質脆、硬。當中運用較多的主要是鎳鋅和錳鋅這兩種組合，通常會將其它金屬加入上述組合中，以便于使磁特點符合標準。工作人員可以把鐵氧體做為形狀符合需求的磁芯，并根據原材料的差異配制，獲得差異性能，例如剩磁特點、電阻率、居里溫度、磁感應強度的溫度特點、起始磁導率、損耗的溫度特點和飽和磁感應強度等。
（2）通常情況下，開關電源變壓器的磁芯主要為磁導率和電阻率較高、矯頑力較低且用于低磁場的軟磁材料。
①磁導率較高，可以在對線圈匝數進行確定時，較小激磁電流的通過便可以使之具備的磁感應強度較大，這樣一來，線圈承受外加電壓可以比較高，這在輸出定功率時，可以使磁芯的體積變小。②電阻率較高，渦流和鐵耗就小。③較低的矯頑力，也可以減少鐵耗。
2.4磁芯磁滯損耗
2.4.1相關定義
外磁場在作用于磁性材料時，會有和外磁場的方向差距較小的部分磁疇出現“彈性轉動”現象，在去掉外磁場時，這部分磁疇可以恢復到原本方向；與此同時，另一部分的磁疇在對磁疇壁摩擦進行充分克服后，會出現“剛性轉動”的現象，在去掉外磁場時，這部分磁疇依然維持磁化的方向。這便導致在磁化過程中，會有兩種能量被送至磁場，當中前者將會轉化成勢能，后者轉換成克服摩擦，致使磁芯逐漸發熱直至被消耗掉，即磁滯損耗。
2.4.2剩余的損耗
（1）這類損耗主要指由磁性滯后或者磁化弛豫等效應所引起的一種損耗，即總損耗減去渦流損耗和磁滯損耗后剩余的損耗。在具體的磁性發生過程中，磁化的狀態并不是受到磁化強度發生變化后，立刻變化至自身最終的狀態，而是需要適當的變化時間，而這種時間差異便會造成剩余損耗。當中，鐵氧體造成的剩余損耗主要有尺寸共振損耗、自旋共振損耗和順德壁共振損耗等。
（2）在達到數百kHz的高頻磁芯中，剩余損耗和渦流損耗比磁滯損耗大；在低頻中，磁芯損耗幾乎都屬于磁滯損耗。
2.5變壓器的線圈繞組
（1）在設計變壓器時，不僅要注意設計其磁芯，也應該注意其繞組設計。磁芯和繞組綜合的特點組成了磁性器件整體特點。在低頻時，變壓器受到寄生參數如漏感的干擾和激磁電感較小，其線圈設計的依據，主要是根據線圈直流電阻引起的允許損耗。
（2）對于高頻開關電源，設計高頻磁性元件的主要憑證依舊是損耗。在增加頻率的過程中，高頻電流將會在線圈內引發極強的“高頻效應”，與此同時，電容以及寄生電感也會對開關電源電路的整體性能產生極強的影響，從而產生電磁干擾、產生電壓尖峰以及寄生振蕩等，極大地降低了效率。所以，必須科學地確定導線直徑與類型、繞組匝數與結構、繞制的方式及其安裝的方式。
3結語

本文介紹了高頻開關電源的優化設計。其中主電路部分在高頻開關電源中占據著重要地位，控制電路部分的神經系統決定了其功能是否可以充分發揮，而整個系統性能又會取決于控制電路部分的整體設計效果。所以，應該十分注重主電路的設計。與普通的高頻變壓器不同，用于高頻諧振電源的高頻變壓器的頻率更高、功率更大，電壓的等級也會更高，所以在高頻變壓器發熱以及絕緣體設計的方面提出了更高的要求，這些方面都是值得注意的。


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| 發布時間：2020.12.18    來源：
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