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原创 7th原创赛

读后感《精通开关电源设计(第2版)》 谈电流系数

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XIAOTU80
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  • 2017-8-16 09:46:41
       最近收到一个代理邮寄的《精通开关电源设计(第2版)》,就翻看了一下,觉得老马写的书挺不错的,很多内容引人入胜,于是从头开始看,希望从中能够学到一些新的内容,大大提高自己的设计水平。      像开始部分介绍的神秘的电感觉得分析的不错,根据书中内容自己也在旁边总结了七八条。
      看到书中介绍电流纹波系数r的选取,尤其提到的最优值,看分析的也不错。于是先发帖谈论一下它。
     本来这个帖子的题目是基于读后感的,昨晚发现去年有人发过读精通开关电源设计的帖子了,也是读后感了,最后把题目修改一下,只是围绕电流系数说一下就行。   


小编:下图作为活动页面展示用,楼主可以自行调换,谢谢。
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面 http://huodong.21dianyuan.com/Originaldiy2017 投上你宝贵的一票吧!

1.png
admin
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管理员
  • 2017-8-16 10:17:33
 
欢迎分享读后感 图文并茂案例解析,据说看书的都是粉丝
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2017-8-17 10:14:16
 
哈,没占着沙发,也没有板凳~来学习学习~
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 10:29:15
 
书上提到了一个很关键的参数,电流纹波率r,而且提到最优设计值r=0.4,实际选取电感参数的时候,考虑优化变压器损耗尺寸等原因,最终选取了r=0.5
这个最优值0.4的由来,在P49介绍的,是基于一个曲线,重点是那个能量曲线。r太小了需要的电感尺寸增大很快;r选取太大了,电感尺寸减小的不明显,再加上一些损耗也会随着增加。综合考虑,选取0.4是理想值。
可以看出在他分析一些问题的时候,紧密围绕着能量守恒,储能元件中的能量不能突变,对电感来说,也就是电感电流不能突变,根据这个立足点,分析出了各种公式。
我在之前设计变压器的时候,并没有思考电流纹波率r多少才是最优的,主要是根据一些已知和设定参数,再加上某系数的修正,从而计算出峰值电流这个指标。
为了验证书中基于电流纹波率r设计出来的变压器是否好用,于是开始反推。
r0.4验证1.JPG
拿一个变压器做了反推,发现反推出来的峰值电流相差不大,电感却是相差悬殊。
设计的变压器电感也就2000uH左右,为什么用书中P91的公式计算出来的结果7628uH,相差如此悬殊?
大家帮忙分析一下,为什么相差这么大。哪个地方选取的不合适?还是用书中的电感公式,前提条件理解错了。
Lp=Et/(IL1*r),没有采用公式编辑器,所以公式写的不大规范,也就是让大家能看懂就行。顺便提一下,书中公式有个错误,就是把1写成了I
现在的疑问是,设计变压器的时候,采用书中提到Lp这个计算公式合适不合适?请大家指点一下。

gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-16 11:42:03
 
没看明白 等待答疑解惑。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 12:06:36
 
就是用书中介绍的方法来设计参数,发现设计的电感量太大了。不知道这样是否有问题。
大家也可以把大批量生产反激变压器成品的设计参数发上来,
我对比书中方法,推算一下看推得的电感量是不是都比用到的电感量要大很多。
我是觉得用书中方法推算的电感量太大了,所以想对比验证一下。
谁设计的变压器电感量要是觉得和书中介绍的设计方法吻合,也可以发上来分享一下。
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-16 19:34:58
 
版主我跟你一样对这个0.4反推了很多,基本上国内的基本没有做0.4电感纹波率的,那样跟实际电感量大很多啊,推了一些电感纹波率在 0.7--0.8的样子
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 22:32:19
 

    我是最近看了书上介绍的,然后就想到了之前设计的跟书中提到的方法有多大差距,结果一倒推发现,按照书中提到的方法设计的初级电感量将非常大,所以才发帖先讨论一下这个电流纹波率。
   
    也想过是不是哪个地方没考虑到,于是我用常用的一种设计方法对比书中的公式推算,发现对电感斜坡中心电流Il,还有电感量Lp的公式最终是一致的。
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-17 08:26:46
 
觉得应该是国内跟国外的差别,国外对成本要求没国内那么苛刻,磁芯可以用大的,国内磁芯能有多小就用多小,深度CCM  0.4磁芯要求大些吧,我是这样理解的
hellbaron2008
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-25 08:47:57
 
BUCK电路的r取多少呢,也是0.4么。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 11:27:25
 
还找了一个网站上的例子,把其中部分参数汇总到EXCEL表格后,截图如下:

r0.4验证4.JPG
经过计算吻合r=0.5时求出来的峰值电流,不过这个软件设计的电感量比书中介绍方法计算的LP低一半。

谁有看过书中介绍的方法,并用来推导变压器设计参数的?
greendot
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总工程师
  • 2017-8-16 13:42:44
 
网上这个本来就不靠谱。LZ不仔细。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 13:57:53
 
我是最近装那个软件,顺便找了一个那个格式的设计文件,就是用它来验证一下。可以推荐一个反激的设计参数发上来。

greendot
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总工程师
  • 2017-8-16 14:16:07
 
LZ不会未做过反激吧,自己算算就明白,Maniktala那个是没错的。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 14:31:53
 
从公式推导看是没错。
不过书中公式计算出来的电感量,感觉比用到的变压器要大很多。设计变压器本来就没固定的套路,不同的设计方法设计出来的变压器也许都能正常工作,
Maniktala介绍的方法,可以让设计出来的电源整体损耗更低一些? 这个也没有验证过,所以发上来大家讨论一下。
greendot
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总工程师
  • 2017-8-16 14:55:58
 
何以见得 “计算出来的电感量,感觉比用到的变压器要大很多” ? 不要用4楼网上那个做比较哦,那是错的。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 15:16:24
 
自己也曾经设计过,效率还可以。变压器的初级电感量比用书中介绍的方法计算出来的也要小很多。
greendot
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  • 2017-8-16 16:09:09
 
问题是:你按你自己的方法/流程设计时,也需要考虑r这个参数,老马只是建议用r=0.4 , 没要你改变你的方法/流程。书中只是给你一个参数的值罢了,采用后得出的变压器,还是你的方法的结果,是你的变压器,不是老马的,所以谈不上什么大小差异。个人看法。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 16:35:46
 
以后设计时可以考虑采用r=0.4或0.5来设计一个变压器看看效果,这种方法设计出来的电感量会更大一些,电感电流纹波会更低。
刚才在网上搜索了一些国内各种经典反激变压器设计,从设计流程和取值看,虽然基于那几个公式都一样,不过设计的方法各不相同。
这些文档中设计出来的r一般都比较大,比如其中一个5V10A+12V1A的设计文档,直接算出了1.2A和3A的电感电流两个高低门槛值,这样r=0.85.

XIAOTU80
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  • 2017-8-16 16:44:06
 
集中精力研究了各种设计案例后,个人觉得每个人都有自己的设计风格,每个人设计出来的变压器参数也都会有所差异。只要能长期运行,效率相差不大,适应各种环境条件,满足各种需求都是好的。
greendot
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总工程师
  • 2017-8-16 17:24:10
 
r的取值还要考虑在哪个输入电压哪个输出功率时,是DCM/CCM的临界,不同的考虑就有不同的取值。
至于固定电压和功率时,对于损耗来说,r=0.4 是不是最佳,LZ研究一下。
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 18:42:25
 
楼上说的的确需要仔细考虑一下。
书中介绍r的取值,是在最恶劣输入条件下的最优取值。打个比方我们经常用的220V额定输入,实际设计范围一般在90-265VAC。
对反激来说,最恶劣输入条件就是低压满载的时候。
那么平时电源基本工作在额定220V的时候,这个r的取值是不是最优的?损耗相比低压满载是增加还是减少了。
gxg1122
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副总工程师
  • 2017-8-17 16:50:00
 
宽压输入的设计中,r取值肯定是综合考虑的,220VAC的时候可能不是最优
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 18:59:54
 
刚才回过头来看了下那个软件的公式,计算IPK的时候,引用的公式的确有问题。
谢谢楼上提醒
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 22:54:16
 
1.jpg
2.jpg
XIAOTU80
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  • 2017-8-16 23:09:04
 
这是今晚上推导的2张公式,发上来给大家看一下。
第一张图,系数K为原边电感电流的低值和最高峰值电流的比值。
在网上经常能发现采用这种方法设计变压器的,而且也有选取K=0.4的,实际电流纹波系数换算为0.86左右。
第二张图,公式推导主要借鉴书中的方法,特别关注的电流纹波系数r,选取0.4的话,K=0.67,电感电流波动的范围相比较小,所以计算出来的原边电感量也相比较大。
对比有趣的是,都有两个系数0.4,只不过含义不同,因此设计出来的参数也有差异。
如果谁感兴趣的话,可以按照这两个系数设计出两种参数的变压器,然后放在同一个电路板上进行调试对比,看全范围输入输出条件下的总体损耗和环路稳定性等效果如何。

XIAOTU80
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  • 2017-8-17 00:12:39
 
还看到一种电流系数也是0.4,不过这个引入的电流系数和书中的不一样,正好相差2倍,实际取值为0.8。
从对比网上找到的几种反激变压器的设计方法来看,换算成的纹波电流率在0.8左右。
nc965
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  • 2017-8-17 08:13:42
 
这个系数0.4最佳,是理论上的,也是作者个人的理解和推崇。但有几个因素会影响这个问题。
XIAOTU80
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  • 2017-8-17 08:35:09
 
嗯,作者书中提到考虑一些因素的影响,采用了0.5的值。不过还是可能有些因素考虑进去继续得继续加大那个取值才合适。
以前没有采用这个电流纹波率,昨天研究了一下,用这个电流纹波率引入自己以后的变压器设计当中也不错,只不过是原来的系数换算成这个系数罢了。以前一般换成成这个系数大约为0.86,以后我可以直接引入这个电流纹波率,取值为0.8进行设计即可。
我昨天发现有的人就用的这个0.8来进行设计的。
nc965
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  • 2017-8-17 09:00:48
 
他应该是针对大功率变换提出的意见,反激应该不是典范,况且CCM反激有另外的设计思路。
XIAOTU80
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  • 2017-8-17 09:45:27
 
作者书上给出的那个设计例子P88,是反激输出5V10A+12V2A的,我看咱们有的工程师专门做过这个的设计表格,取值换算成电流纹波率为0.8。
nc965
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  • 2017-8-17 10:28:31
 
CCM反激设计控制因子是过渡电压,而不是纹波系数,虽然两者有关系,但不宜作为设计指标。
XIAOTU80
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  • 2017-8-17 08:47:25
 
比如考虑环境温度范围在-40到70度,宽输入电压范围兼顾交直流110V,220V或者更宽输入范围,还有模块自身散热方式是自然风冷,还是强迫风冷,采用PC40,还是PC44,变压器绕组绕制方法等这些因素可能都会影响这个电流纹波系数的取值。
何仙公
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  • 2017-8-17 10:44:31
 
精通看看就好,切莫陷进去,特别是r坑大。K取0.86比较看好。再则,K是变量,会改变L,L则会改变NP.
假如没有这层境界,必会进入漩涡无法突破
突破后,你会发现BM也是改变的,至此铜损铁损将被你玩弄于股掌之间
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-17 10:53:21
 
下图摘自小凡凡对K的解析:
S{)EOF$)29L92J~LB9LGLKF.jpg
greendot
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总工程师
  • 2017-8-17 13:46:00
 
翻开我以前CCM的设计,也是用这个Krp,取值是0.6 ,合 r=0.85 。
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-17 14:26:52
 
那有没有再回过头来验算BM,因为BDC有可能超了
greendot
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  • 2017-8-17 15:08:08
 
不超。
XIAOTU80
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  • 2017-8-18 08:30:34
 
看这电流系数定义有好几种,不管形式怎么变,都是用到设计推算上的,帮助自己理解的。
仁者见仁,智者见智
greendot
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总工程师
  • 2017-8-17 15:59:48
 
磁芯大小也会改变,例如AP法,
AP和Lp vs r :

2017-08-17_155726.png
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-17 16:23:33
 
AP不会变,纹波电流变化,实际工作的电流也发生变化。可视为电流密度发生变化。
XIAOTU80
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  • 2017-8-18 08:19:12
 
这个波形挺直观的。
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-15 08:53:32
 
《关于纹波系数的烧脑思考》设计1个续流电感,纹波系数0.2,输出10A          》》》》》    纹波电流2A
那么       ( 脑子一根筋)            输出1A时        》》》》》    纹波电流2A

               ( 脑子清醒时 )             输出1A时        》》》》》   纹波电流最多是1A !

              ( 脑子穿越了)           输出1A时        》》》》》    纹波电流 。?
XIAOTU80
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  • 2017-9-15 16:56:35
 
楼上继续深入
何仙公
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副总工程师
  • 2017-9-15 22:18:36
 
意思是我一个人烧脑,那末太没有意思了
greendot
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总工程师
  • 2017-9-15 22:33:43
 
老兄清醒时,好像仍是迷糊的。
何仙公
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副总工程师
  • 2017-9-16 19:40:18
  • 倒数8
 
已经糊了
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-29 15:42:42
  • 倒数2
 
绿色为元件的寄生参数。
04ar_8t0{}9ng`[bd$xqerw.jpg



谁能做个仿真模型把上面的题给解了
hellbaron2008
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  • 2017-8-26 15:09:04
 
我的境界还不够啊,但我感觉你是对的。顶你!
XIAOTU80
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  • 2017-8-19 09:38:10
 
无意中找了个之前下载下来的变压器计算软件,输入进去一堆变量,发现这个软件设计出来的变压器工作起来一般没问题。
里面的电流纹波系数0.4,感觉类似电流纹波率r的2倍,也就是斜坡中心以上部分除以斜坡的中心值。
这个图片不知道怎么老上传不了,我压缩下上传上来

XIAOTU80
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  • 2017-8-19 09:41:39
 
截图压缩的

软件计算的也大体差不多.rar

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XIAOTU80
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  • 2017-8-21 11:28:08
 
等挑选合适的磁芯的时候,就有好几种方法,我见过的有:
1.经验选取法,比如有的厂家告诉你这个磁芯在不同工作频率下的功率等级。
就像附件的文档一样。
高频磁芯功率表-选磁芯重要参考3.pdf (45.33 KB, 下载次数: 125)
XIAOTU80
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  • 2017-8-21 12:13:30
 
捕获.JPG
捕获2.JPG
这2个截图是AE的经验估算方法。刚才从一个文章里正好看到。
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-21 21:05:47
 
QQ图片20170821210151.png 版主请教个问题,这里的ER9.5/5/5  后面的那两个5 分别代表的是什么意思啊 QQ截图20170821210907.jpg 后面的那个EE16/14W,W代表什么呢,有W 的比没有的 功率容量大那么多出来,问题比较幼稚版主莫见笑
XIAOTU80
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版主
  • 2017-8-21 22:23:31
 
在CORE参数对照表中,经常列出来磁芯的A*B*C,磁芯型号区分命名的时候往往是一对磁芯的尺寸,也就是A/2B/C
ER9.5/5/5  后面的那两个5 对应代表2B和C的尺寸,同时为了方便有时候会将尺寸取整,也有个别保留的,看情况而定。


XIAOTU80
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版主
  • 2017-8-21 22:29:17
 
EE16/14W相比截图列出来的,属于非常规尺寸了,在这里就是C要宽一些,因此用W来区分开。
从截图上能看出来,我找的这家磁芯没有带W所示的那种尺寸,可能是个别厂家根据客户要求单独做出来的,因此可以看做不是通用品或者常规品。
你的问题从这2个截图就能看出来一些信息。
捕获00.JPG
捕获002.JPG
XIAOTU80
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版主
  • 2017-8-21 22:47:07
 
这里的W具体是表示加宽或者功率变大,或者别的规范命名就不清楚了。刚才给一个变压器厂家留言了,咨询一下这个W的具体含义,看他们清不清楚。我之前没用过这种带W的磁芯。从你提供的信息看,就是C相比常用的变大了。


赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-22 08:25:04
 
多谢细心的解答
gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-11 11:32:36
 
版主还有心得吗?继续分享下。等待......
XIAOTU80
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版主
  • 2017-8-22 08:19:30
 
变压器厂家答复说:w 就是c 尺寸加宽了的意思。

gxg1122
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副总工程师
  • 2017-9-5 11:34:15
 
等待版主继续更新。
XIAOTU80
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版主
  • 2017-8-21 22:38:51
 
变压器和最大功率W-参考.pdf (346.63 KB, 下载次数: 182)
yundesudu
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助理工程师
  • 2017-8-30 16:20:06
 
f=100k 可以参考 一般频率都比这个高
gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-22 16:59:04
 
谢谢版主的磁芯讲解。收藏下载了。
何仙公
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-25 09:46:29
 
这个将会和电流系数产生什么样的联动机制呢?
zxy_20120225
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高级工程师
  • 2017-9-11 08:47:09
 
谢谢
XIAOTU80
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版主
  • 2017-9-15 17:04:20
 
最近忙着处理现场反馈的问题,所以帖子没再更新。
现在用PExprt 7.0软件来仿真一下变压器在纹波系数为0.86和2的对比情况。
XIAOTU80
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  • 2017-9-15 17:33:20
 
一、CCM模式,纹波电流系数0.86参数设置截图如下:
捕获3.JPG
捕获4.JPG
捕获5.JPG



XIAOTU80
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版主
  • 2017-9-15 18:20:02
 
捕获12.JPG
捕获13.JPG
捕获14-n1.JPG
捕获14-n2.JPG
捕获15.JPG
捕获16.JPG

XIAOTU80
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  • 2017-9-15 18:22:35
 
里面磁芯损耗和各绕组的损耗都有计算数据。其中不足的是没有将辅助绕组也纳入该变压器的设计中来。
另外发现软件在自动计算原边平均电流的时候,默认效率是100%计算出来的,如果能改进一下就好了。
XIAOTU80
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版主
  • 2017-9-15 18:33:51
 
二、DCM模式,纹波电流系数2
捕获01.JPG
捕获02.JPG
捕获03.JPG
捕获04.JPG
捕获05.JPG
捕获06.JPG
捕获07.JPG
nc965
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  • 2017-9-16 13:42:27
  • 倒数10
 
这个波形的系数是多少
09.png
greendot
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  • 2017-9-16 18:41:48
  • 倒数9
 
0.6 吧。
nc965
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  • 2017-9-16 22:55:09
  • 倒数7
 
感觉这个幅度比较合适
greendot
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  • 2017-9-18 13:33:47
  • 倒数6
 
理由是?
XIAOTU80
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  • 2017-9-25 14:17:21
  • 倒数5
 
书中介绍最优值,实际考虑一些因素可以取0.5,我们有时候用0.8或0.86楼上那个波形纹波电流系数大于0.6,在0.5和0.8之间,是不是楼上根据自己设计出来的变压器,反推这个值在0.6附近?



nc965
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  • 2017-9-25 14:27:57
  • 倒数4
 
不是,而是这个纹波率附近,用铁硅铝环做电感,用磁量(还包括用铜量)最容易匹配,最省,跟书上含义相同,但局限铁硅铝。
何仙公
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  • 2017-9-25 14:42:31
  • 倒数3
 
我认为无法反推
haijianwei2009
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最新回复
  • 2017-10-24 09:45:15
  • 倒数1
 
前年用TOP264做过一款反激,r取0.4算出来的电感量也是很大,搞的变压器厂都不好加工了,后面调整到0.6。看了大神的帖子明白了很多,以后就取0.86
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