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解决反激漏感的几种应用及零漏感变压器的实现

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boy59
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总工程师
  • 2016-5-5 07:18:14
   对于反激电路多数情况下是希望漏感越小越好,偶然发现一个电路可以将漏感的能量传递到次级同时还保持着反激电路简单、低成本的特性,并且通过略微调整可以得到几种不同的应用。对于软开关类的电路漏感又是有益的,一般漏感都是由工艺决定的,是否可以将漏感设计出来而非生产出来?如果能实现“零”漏感的变压器这个想法估计就可以实现。

lusa
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本网技师
  • 2016-5-5 08:54:06
 
学习了,谢谢楼主!
CloseRain
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  • 2016-5-5 09:09:32
 
图呢
何仙公
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  • 2016-5-5 14:48:36
 
然后呢?
lahoward
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  • 2016-5-5 14:57:06
 
听听楼主有何高见。
boy59
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  • 2016-5-5 19:45:33
 
不敢班门弄斧,只是个还不太成熟的想法。
stn970
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  • 2016-5-5 16:22:55
 
有图有真相……
eric.wentx
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版主
  • 2016-5-5 20:00:18
 
看看有多简单,一般的漏感能量回馈都不会太简单。
利用漏感来做点事情,LLC是最直接的拓扑。
wcm014
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  • 2016-5-5 20:35:36
 
然后呢?然后呢?
boy59
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  • 2016-5-5 21:20:23
 
这个电路的想法是源自于下面两种电路,
无损吸收和一个电路.jpg
                        图1 无损吸收和一种电路
1(a)是无损吸收电路是将漏感的能量返回到输入端,这种电路如果参数不合适的话会有较大的无功损耗可能不适用于宽范围的场合。(b)电路是一个网友剖析的一个电路输出功率有1000多瓦,这个电路的缺点是输出功率全部需通过电容Cm来传递类似于CukSpeic类电路。综合电路(a)(b)的特点就有了一个可以解决漏感问题的简单而又低成本的反激电路。

jiuyong1988
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助理工程师
  • 2017-1-11 13:41:00
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没没有太仔细的看帖子,这里N3为辅助绕组吧,如果打雷击,浪涌进入IC VCC脚。如果不是辅助绕组,不是又多一个绕组了嘛。
boy59
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  • 2016-5-5 22:32:09
 
1(a)的后半部分加(b)的前半部分就构成了这种电路见下图
消除漏感电路.jpg
                                 图2 解决漏感问题的反激电路及等效电路
2中的两个电路是一样的只是形式不同,如果去掉电容Cm电路的左侧就如同一个带去磁绕组的正激变压器初级侧,同样这里的线圈n1n3也要采用双线并绕,如果两线圈耦合的好二极管D1是可以省掉的,如果耦合的不好就会产生图1(a)的效果会有一部分无功损耗。
这个貌不惊人的电路其仿真结果却相当的理想,通过改变漏感Lk和电容Cm的参数还能得到几种不同的应用。限于水平也可能分析的不对,希望各位行家也能一起探讨下。

xd285070
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  • 2016-5-6 00:34:22
 
1,220v的单电压输入就需要800v或者900耐压的管子,2,这里存在复位电压和最大占空比的纠结关系,不适合宽电压输入

3,功率稍微大点的反激电流峰值,有效值本来就大,加上900v的管子,效率可能会低许多
4,900v的管子不便宜,变压器窗口面积减小了,在一定功率范围成本极大可能的会曾加而不是减低


boy59
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  • 2016-5-6 06:46:44
 
这位兄台可能多虑了,这个电路的初级只是貌似正激其后接的是反激变压器,电路复位的是漏感Lk而非电感Lm,Lm可认为是由负载复位。
这个电路可能600V的MOS管都用不到,可以看一下我的仿真顺便帮忙分析下。
boy59
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  • 2016-5-6 06:54:02
 
仿一个12V输出60W的反激电源,参数如下图
仿真电路.jpg
                    图3 12V60W反激电路参数
假设初级线圈耦合的比较好可以去掉原D1二极管,因漏感和电容会发生震荡所以把D1串入到输入端只为方便观察波形。在有的应用中反而要加大这个LC震荡,比如QR模式的软开关。
输入为低压113V时的波形如下:
漏感电流断续.jpg
                                  图3-1 漏感电流断续的反激波形
在上图中漏感电流是断续的,电容Cm的最大电压200V左右,MOS管的Vds电压321V左右。
这个应用中电容Cm只是用来吸收漏感能量并在下个开关周期将漏感能量传递到次级,适当的增加Cm的容量会得到更好的效果。
漏感电流连续.jpg
                                   图3-2 漏感电流连续的反激波形
当电容Cm增大后对漏感的吸收也变强了,此时漏感可以设计的大一些,上图3-2中可以看到漏感的电流已经为连续模式了(可去掉二极管D1),漏感电流亦既输入电流,输入电流连续可以提升电源的性能如果用于功率因数校正可以实现连续模式的反激PFC功能。图中电容Cm的电压钳位在输入电压(113V)左右,MOS管的Vds电压215V左右为输入电压+反射电压(100V左右)之和,由此可推断在高压输入300VMOS管的Vds电压为300+100=400V左右,MOS管可以选用低电压型号的,电容Cm容量大了成本也会高这个可能需要权衡一下。

xd285070
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  • 2016-5-6 09:24:49
 
做个实物吧,一个是验证你的理论,一个是验证你的仿真
lahoward
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  • 2016-5-6 12:24:17
 
很赞成这个建议,但不知楼主是否有意。
boy59
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  • 2016-5-6 20:01:23
 
有这想法,等过段时间不忙了试着改装一个反激电源,不过现在就有人愿意去尝试这个电路了。
仿真软件虽不能替代真实电路但验证基本工作原理一般是没什么问题的。
lahoward
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  • 2016-5-7 02:10:56
 
期待结果,谢谢。
boy59
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  • 2016-5-7 07:47:23
 
先就自己的理解去分析下这个电路的原理,首先分析图3输入串二极管的电路。
4-1带输入二极管原理分析.jpg
                               图4-1-1 开关导通时的工作模式及等效电路
4-1-1中的(b)是开关导通时的等效电路,工作模式分两个阶段:
开关导通初期阶段,电容Cm上的电压高于输入电压所以先由Cm驱动电感Lm,当Cm的电压≤输入电压时这一阶段结束,电容Cm上只存储漏感的能量所以这一阶段时间很短。
开关导通后期阶段,漏感Lk和电感Lm串联由输入电压驱动同时电容Cm和电感Lm会发生轻微震荡(某些情况是靠这个震荡把漏感能量传递到次级)
4-1-2带输入二极管Toff.jpg
                                图4-1-2 开关截止时的工作模式及等效电路
见图4-1-2中的(b)等效电路,在开关关断期间输入和输出可视为两个独立的电路,输入侧漏感Lk的能量被电容Cm吸收,输出侧电感Lm对负载释放能量。
由上面两个过程分析可知,在开关Toff期间电容Cm只存储漏感的能量,在开关Ton期间电容Cm只释放所存储的漏感能量并将其传递到输出侧,除此之外同普通的反激没什么区别。一般设计反激电路时会为漏感预设160V左右的余量,当用这个电路后这个160V可以忽略了(根据Cm的大小范围在0-160V之间)可用低耐压的MOS管同时漏感能量传递到次级整体效率会提升不少。

何仙公
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  • 2016-5-7 09:06:33
 
感觉CM这么大,会吃掉许多功耗
boy59
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  • 2016-5-7 09:56:38
 
电容Cm小纹波大、电容Cm大纹波小处理的功率应当是相同的,从原理分析貌似只是处理漏感的能量何以见得会吃很多功耗?
stn970
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  • 2016-5-7 14:01:01
 
期待楼主实际电路……
boy59
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  • 2016-5-10 06:49:37
 
其次反激变压器在连续模式下其输出二极管有反向恢复问题,见下图
反向恢复1.jpg
                                     图4-2-1 连续模式下输出二极管反向恢复问题
反向恢复问题可等效的看作是在MOS管旁并联了一个大电容造成开启瞬间出现一个电流尖峰,根据反激开关电源的工作机理增大漏感可以抑制这个电流尖峰,见图4-2-2
4-2-2漏感抑制尖峰.jpg
                  图4-2-2 漏感可抑制输出二极管反向恢复造成的电流尖峰
在以往情况下增加漏感意味着损耗增大效率降低,漏感小又有反向恢复问题效率也会降低只能折中选取一个漏感。当采用这种新拓扑的话问题就容易解决了,可以增大漏感又不影响效率。
   在前面图2中初级线圈n1n3是采用双线并绕,在这个应用中不采用并绕的方式或者是额外引入漏感使n1n3线圈都寄生有漏感,电路如下
抑制输出二极管反向恢复的电路.jpg
                       图4-2-3 解决输出二极管反向恢复问题的电路
仿真结果如下:
反向恢复2.jpg
                                         图4-2-4 解决输出二极管恢复问题的仿真
从图4-2-4中可以看出增加的漏感Lkn3很好的抑制了电流尖峰,不过漏感Lkn3上的能量只能传递回电源形成无功功率,好在这部分能量不大无功损耗也就更小了。

dxsmail
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  • 2016-5-10 09:51:38
 
感觉效率应该会上升1-2%。如果可以上升的话。这个电路就会不错了。。。
主要是MOS管和输出肖特基的尖峰不会太高。这个就无形中,可以降低耐压,可以采用耐压低的MOS管和VF更低的肖特基了。

xd285070
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  • 2016-5-10 13:46:57
 
我比较期待你的上电实验,用实验来说服我们
pizige5241
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  • 2016-5-11 09:13:22
 
这是用软件仿真出来的么?什么软件?
boy59
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  • 2016-5-12 06:51:38
 
是Saber软件
nc965
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  • 2016-5-10 16:21:19
 
这个电路早已有之,叫辅助绕组钳位反激,很多论文,但提高效率有限。
boy59
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  • 2016-5-10 20:32:02
 
多谢指教!不知版主所说的辅助绕组钳位反激全名是不是叫“反激变换器绕组钳位电路的设计与分析”http://www.docin.com/p-411771921.html
如果是的话那么就不需要上电实验了有人已经验证过了。那篇文章中所介绍的电路与这里的电路非常的相似,那个电路中的优点也是这个电路里的优点,也验证了之前的理论和仿真结果,但这个电路有个重要的优点是那个电路所不具备的,见下面两个电路的对比。
两电路对比.jpg
                                   图4-2-5 那个电路和这个电路的对比
两个电路区别就在于二极管的接法略有不同,(b)这个电路可以达到更高的效率而且可以实现软开关。

xd285070
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  • 2016-5-10 22:19:11
 
像我就比较相信自己动手的实验波形和数据,因为这个假不到的,真实存在的。对于你的观点有以下不同1,那个吸收电容2端电压几乎就是直流,大小基本等于VIN(变比1:1)
2,这个电路不能减低CCM时次级二极管的尖峰,或者说可能比RCD吸收的更大!
3,需要考虑最大占空比限制
4,要实现zvs开通,好像不太容易
话说得比较有自信,当然希望楼主通过实物证明我上面说的是错的!比如做个单电压24v 150w之类的
boy59
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  • 2016-5-11 07:18:29
 
1 吸收电容两端的电压同RCD电容两端的情况一样,容值取的大纹波小(平直)容值取的小纹波大,可参阅图3-1。
2 不能降低次级的二极管尖峰是指电流尖峰还是电压尖峰?何以见得?
3 这个电路我认为跟普通反激没什么区别,占空比也是一样,占空比大了之后同样也要考虑右平面零点问题。
4 实现ZVS好像不难只是不实用,这里是想借鉴反激的QR模式。
让我做一个实物有点难度,基本要从零开始了不知何年才能做好,这几天拆了几个电源可惜没有一个初级是采用多股并绕的不然。。。
阁下如果有兴趣可以做一个,重新绕个变压器即可。
nc965
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  • 2016-5-10 22:21:13
 
软的范围非常窄,也不怎么软,这是SEPIC成分在起作用。其实你向输出SEPIC可能更加有利。试试?
boy59
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  • 2016-5-11 07:27:15
 
确实软开关的特性不是很理想,SEPIC电路不如反激通用目前还没想往那个方向考虑,这里是想对比一下这个电路相对于普通反激在实现QR模式时有什么优点,准备仿真一下到时还请版主指点一二。
nc965
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  • 2016-5-11 07:30:39
 
支持一下
dxsmail
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LV8
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  • 2016-5-19 10:16:18
 
这个电路的初级上二极管是可以省掉的吧?确认一下。
boy59
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  • 2016-5-19 11:47:52
 
是的,初级的二极管可以一个都不要,不知道您是否正在尝试这个电路,很期待测试结果。
dxsmail
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  • 2016-5-19 15:17:30
 
非双线并绕时,(D1不能省),初级的另一二极管可以省吗?
boy59
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  • 2016-5-19 20:16:20
 
可以省,当初加这个二极管目的是为了避免震荡,初级的俩电容前小后大好像就不容易震荡。
dxsmail
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  • 2016-5-20 16:28:46
 
我试了这个图。。没用。。效率变低了(比不加RCD时)。。。
dxsmail
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LV8
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  • 2016-5-20 16:29:32
 
而且奇怪的是,不能进入CCM。。。
boy59
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  • 2016-5-20 17:13:06
 
可以上一些测试波形吗?
boy59
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  • 2016-5-12 07:22:56
 
可能有人还没注意到这个电路区别于其它电路最优异的特点,这个特点在前面也提到过见下图:
4-1-优异特性.jpg
                      图4-2-6 不吸收主电感能量的一种结构
假设初级两线圈耦合的好,当开关关闭时上图中的(a)就等效于图(b)其结果为主电感被免疫掉了,换言之电容Cm只吸收漏感能量不吸收主电感能量。而无损吸收电路和文献中的电路多加了个二极管也就没有了这个优异的特点。比如图4-2-5(a)或者通常的RCD吸收电路,即使电容C上有很高的的电压也会吸收主电感能量只是随着电压的升高吸收的比例变小而已,图4-2-6的这个结构则完全不吸收其效率和性能还是很值得期待的。后面或许会仿一个PFC的应用,在宽范围输入条件下这种优点可能会体现的更明显些。

dxsmail
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  • 2016-5-12 08:07:09
 
确实像SEPIC电路。。。。
boy59
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  • 2016-5-12 10:39:41
 
谢提醒,经分析发现了这个电路同speic电路之间的渊源。
speci电路.png
                                                 图4-2-7 speic电路与新拓扑的对比
图4-2-7中的(a)是speic电路,其输出功率全部由电容Cm传递。将(a)中的输入电源换个位置就得到了(b),图(b)就是去掉变压器的新拓扑的等效电路。
dxsmail
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  • 2016-5-12 13:09:23
 
隔离型SEPIC电路。

隔离型的SEPIC电路

隔离型的SEPIC电路
dxsmail
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  • 2016-5-12 22:27:32
 
隔离SEPIC这个电路的效率会比反激低。。。。这应该容易理解。。。
但楼主的电路,不一定会比反激低。。但变压器更复杂了。。。成本高了不少。。。

nc965
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  • 2016-5-13 07:08:31
 
我说的只是有Sepic成分,也就是对漏感能量而言是Sepic,主拓扑还是反激。
dxsmail
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  • 2016-5-12 13:11:01
 
估计楼主这个电路适合隔离型的单极PFC电路。LED灯上面用。
PF值会比一般反激高。。。。
boy59
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  • 2016-5-13 18:32:45
 
那就先仿一下PFC电路看看性能上会提高多少。
boy59
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  • 2016-5-14 21:21:40
 
两个电路一个RCD吸收一个无损吸收,电路及参数如下:
pfc电路对比.jpg
                                      图4-3-1  RCD吸收及无损吸收PFC电路
输入峰值300V输出功率60W左右,图(a)RCD参数为电容100nF,电阻16K欧姆,图(b)无损吸收电容18nF。仿真结果对比如下:
断续pfc对比.jpg
                                       图4-3-2 普通反激PFC与无损吸收PFC波形对比
4-3-2中两电路的MOS管电压Vds相同,输入电流峰值无损吸收大于普通反激,输入电流平均值相同,输出电流平均值相同,输出电压无损吸收大于普通反激,这说明在相同输入功率的条件下无损吸收PFC电路的效率要高于普通反激。再把波形局部放大对比如下:
断续pfc对比放大.jpg
                                        图4-3-3 普通反激与无损吸收PFC波形局部放大
上图中(a)普通反激电路Vds有尖峰电压这是漏感造成的,图(b)无损吸收则没有这个电压尖峰,而且只用了18nF的电容。两种电路都采用的是临界模式控制,输入、输出电流都是断续的,输出电压上叠加有工频纹波。

boy59
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  • 2016-5-14 21:58:19
 
在仿真PFC功能的时候发现这个电路的吸收电容并不能设置的太大否则PFC值做不高,分析发现这个吸收电容Cm的效果跟母线电容一样,进一步分析得到了这个电路的最终等效电路,见下图:
最终等效电路.jpg
                                             图4-3-4 最终等效电路
从等效电路看漏感等效为滤波电感,电容Cm等效为母线电容,之前的仿真增大漏感后输入电流为连续也能从这个等效电路得到验证。总之经过这个电路的变换漏感可以被利用起来,既能实现输入电流的连续又能提高电路的效率,还有关键一点简单而又低成本。

boy59
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  • 2016-5-15 18:54:32
 
将电路的的参数稍作修改可以实现连续模式的PFC,见下图仿真
连续PFC.jpg
                                      图4-3-5 连续模式PFC波形
根据图4-3-4(b)可知这个电路是可以实现输入连续的,上图中由于参数和控制方式的原因输入电流波形距馒头波还有一定差距。
采用这种电路结构可以将漏感利用起来实现输入电流的连续,那么是否也可以将输出漏感利用起来实现输出电流的连续?

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  • 2016-5-15 21:53:21
 
输入输出都连续的反激电路如下图:
高效反激.jpg
                                         图4-3-6 输入输出连续的高效反激电路
上图(a)是实际电路,相对于反激输入输出都多了一个线圈,电容只是换了个位置。图(b)是等效电路,漏感是按电感的5%取的,由于输出是连续所以达到原50mV纹波要求的输出电容只需300uF(原电容是3000uF)。仿真如下:
高效反激波形.jpg
                                                    图4-3-7 高效反激波形
这种高效反激电路同普通反激的直流增益是一样的控制上也就都一样,反激还是反激。由于漏感被利用上实现了输入输出电流的连续所以在性能和成本上会有很大优势,效率的提高恐怕不止3-5个点,可以通过仿真看一下这个电路所能达到的效率。(这个电路同时也解决了反激电路连续模式下输入二极管反向恢复问题,见上图中MOS电流)

boy59
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  • 2016-5-15 22:11:32
 
效率仿真结果如下
效率图.jpg
                                          图4-3-8 高效反激的效率仿真
仿真的电路中二极管管压降为0.3V元器件直流阻抗1m欧,忽略开关损耗及磁芯损耗,从仿真结果看效率可以达到95%左右。

nc965
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  • 2016-5-16 10:09:13
 
同样的情况仿真普通反激效率是多少?
根据我的经验,原边漏感钳位电路损耗应该在0.5%上下,就算此能量全部被送回输入,你这个回路完全没有损耗(实际损耗是可观的),对效率的提升最多也只有这个程度。除非你观察到明显的软开关过程,否则不会有太大的效率提升。
boy59
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  • 2016-5-16 11:09:11
 
不奢望这种硬开关反激能达到很高的效率只期望其能将3-5%的漏感能量提升上来。从理论上讲在其它器件都理想化的情况下普通反激效率最高能达到95-97%,而这个新拓扑的效率可以达到100%,回头我把二极管也理想化再将两种电路进行对比仿真看看是否跟理论设想的一样。
nc965
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  • 2016-5-16 11:19:25
 
想提升3%基本上是不可能的,反激效率较低的主要问题是电压应力的问题(开关损耗),磁应力的问题(磁损),漏感只占很小比例(其中原边漏感的影响还要减半)。
你要仿真效率,最好不用理想元件,而要用尽可能接近实际的模型,特别是开关、二极管、磁芯这些东西,一理想,就没损耗了,说明不了任何问题。
你要比较效率,就要用两种电路在相同条件下比较,才有说服力。
dxsmail
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  • 2016-5-16 14:57:14
 
能提高1-2%。。。6级能效就可以轻轻松松过了。。。。值得一试。。。

nc965
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  • 2016-5-16 15:04:19
 
漏感1%,基本上是产品标准了,原边减半,约 0.5%左右,加上电路损耗,能提升 0.3%看有没有希望。
当然,你要把变压器漏感做成 5%,另当别论。
edgaogao
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  • 2016-5-16 17:42:11
 
支持,好好学习
boy59
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  • 2016-5-16 19:44:16
 
我是把漏感按3-5%考虑的,如果漏感做到了0.5%效率提升没多少空间了。0.5%的变压器成本高耦合电容大EMI是个问题,要解决EMI就要多增加元件影响效率,从这方面考虑漏感大一点的变压器而又没有漏感损耗的其效率提升应不止0.5%。
boy59
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  • 2016-5-16 21:11:40
 
在相同条件的仿真对比如下:
普通反激效率.jpg
                                            图4-3-9 普通反激的效率图
漏感0.0198mH、电感0.382mH、吸收电阻16K、吸收电容100nF、开关频率100KHz,其它元件理想话。按这个参数普通反激RCD的效率只能达到92%,保持参数不变去掉RCD吸收电路换成吸收拓扑后仿真如下:
最终效率图.jpg
                                            图4-3-10 高效反激的效率图
这个效率接近了100%跟理论预估的一样,不过上图4-3-9的普通反激效率要低于理论预估值原因不详。
dxsmail
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  • 2016-5-17 08:52:17
 
吸收电容用100nF.会不会太大了一点。。。
一般用4.7nF就已经很大了。。

boy59
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  • 2016-5-17 11:19:02
 
吸收电容是有点大,不考虑开关损耗的话用大一点的吸收电容纹波小,纹波小吸收电阻就可以选大阻值的这样RCD的损耗是否就更低一些?
在仿上面的普通反激时发现个问题,因为效率只有92%有大约5W的损耗所以看了下吸收电阻的损耗想知道其占了多少,结果是8W!输入功率是65W,输出+RCD吸收=60+8=68W,输出功率大于输入功率能量不守恒了,目前也不知道问题出在哪里。
nc965
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  • 2016-5-17 16:36:23
 
漏感按3-5%考虑有问题,漏感有一半在副边,某种程度也是损耗,总效率就低了。其实反激影响效率,副边比原边更厉害,主要原因是副边的电压应力高出输出电压若干倍(而原边一般仅在2倍以内),由此带来的效率降低比原边更显著。因此,我还是建议用1%漏感比较合适。
你仿真效率出现超过100%,应该是方法出了问题,除了元件要真以外,计算方法也要正确。我仿的结果一般与实板是非常接近的。这个贴供你参考:
如何准确地测到仿真效率
boy59
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  • 2016-5-17 18:11:31
 
版主可能没注意看我46楼的电路4-3-6 ,把输出按输入同样的方式连接就解决了输出的漏感问题。仿真的效率问题再回去研究一下。
nc965
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  • 2016-5-17 21:39:36
 
46楼确实有点意思了
boy59
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  • 2016-5-18 11:06:47
 
在仿真效率的时候又出现了这样一种情况,当吸收电阻阻值小于等于2K欧的时候输入输出的能量是守恒的不过此时的效率只有85%,当吸收电阻大于2K欧总的输出功率就大于输入功率了而且阻值越大偏差越大。后又新建一个仿真文件不包含其它任何电路也有同样的问题这基本排除了由其它电路引起的可能,计算方法是在输入输出级各串一个小电感形成连续电流后直接P=U*I,后又读取负载电阻、吸收电阻的Power及输入电源的Power参数结果也是一样。即便我采用的是理想元件也都是无源元件功率也不应当会增多吧,电容等元件也做了初始化稳定所需的时间很短,仿真到100mS电路已经很稳定了不存在震荡和无功功率的情况,所以怀疑可能是仿真软件的问题,亦或者是我安装的这个版本的问题(2011版)。
nc965
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  • 2016-5-18 15:09:12
 
你用什么版本的SABER? 2007的话把文件发我试试。
boy59
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  • 2016-5-18 15:57:52
 
是2011版的,07版的我也有我先试试看如果还是那种情况,到时再请版主帮忙。
boy59
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  • 2016-5-20 18:55:31
 
用07版仿了一下没有问题能量是守恒的。
能源消耗
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  • 2017-1-10 08:37:31
  • 倒数7
 
效率指的是电源转换有效利用值。 在整个电源器件损耗分配中,功力管占总损耗多少?不到30%。  无论这么弄,提高效率3个点简直是说梦话。
boy59
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  • 2017-1-10 08:52:15
  • 倒数5
 
假设一个变压器漏感是3%另一个变压器的漏感为零其它元件、参数都相同,二者效率会差多少?
dxsmail
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  • 2016-5-18 09:05:16
 
46楼。这个就是实用的图了吗?

初级不用再加两个二极管了??就是改善输出二极管的恢复问题的?

本帖最后由 dxsmail 于 2016-5-18 09:06 编辑

boy59
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  • 2016-5-18 11:13:37
 
算是实用电路,输出的二极管可以省掉一个。这个电路可能解决不了输出二极管的反向恢复问题,可以先用于断续模式然后再尝试连续模式看看实际效果如何。稍后我把两种实用接法再整理一下。
dxsmail
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  • 2016-5-18 12:04:45
 
是可以省掉上面那个二极管吧?这样同步整流才比较好实现。

boy59
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  • 2016-5-18 12:48:41
 
是省掉上面的二极管,做成同步整流,这个电路看起来就非常的对称了。
boy59
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  • 2016-5-18 16:03:45
 
看有不少朋友想尝试这个电路就把电路相关的再整理一下以方便大家实验。
取一块现有的AC/DC或DC/DC反激电路板,去掉RCD吸收电路、重新绕制一个变压器、改变一下电容的位置,见下图 实用电路01.jpg
                                                                     图4-4-1  最简版的无损吸收反激电路
变压器的初级、次级分别采用双线并绕,可采用常规的先绕初级再绕次级的方法漏感可以是3-5%,输入电容和输出电容是串在两个线圈之间。这种接法一定要保证并绕的线圈耦合的非常好否则只能采用第二种电路。
这个最简版电路的等效电路如下
实用电路11.jpg
                                                                      图4-4-2 最简版无损吸收的等效电路
漏感和电容分别构成了输入LC滤波和输出LC滤波,所以输入输出的电流是可以连续。对MOS管而言漏感已不是其主要问题了。采用双线并绕必然要减小线径原变压器功率就达不到最初值所以最好是降额测试,输入输出都加LC滤波器电路性能应当是最优的而这个电路的变压器绕法相当于把两个滤波电感磁集成到了一个变压器中,如何去平衡这个性价比就看各位工程师的本事了。
这个电路对连续模式下输出二极管的反向恢复问题没什么办法,要解决这个问题可采用第二种不采用双线并绕或者外加电感的方法。

nc965
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  • 2016-5-18 16:05:56
 
不对了,能量没有回收
boy59
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  • 2016-5-18 16:26:13
 
这个怎么讲?
nc965
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  • 2016-5-18 16:28:41
 
要回收漏感能量,一定要有能量通道,除非你这个电路的功效不是回收漏感能量,而是用漏感来谐振?是吗?
boy59
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  • 2016-5-18 16:41:43
 
是将漏感能量传递到次级, 通道如图4-4-2漏感Lk1的能量被输入电容Cin吸收,电容Cin上的能量再通过MOS开关和电感Lm传递到次级电容Cout上。漏感谐振打算用来实现QR模式。
nc965
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  • 2016-5-18 16:52:53
 
这些时序过程能画出来吗?还是感觉不对。
boy59
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  • 2016-5-18 17:31:36
 
首先您得肯定图4-4-2的等效电路是对的否则下面的分析就没意义了
21.jpg
先假设输出比较理想不考虑次级问题,
第一阶段开关关断,漏感向电容Cin充电,电感Lm向输出传递能量。
第二阶段开关导通初期,为前一阶段漏感对电容Cin充电所以电容Cin上的电压要高于Uin(高出的这一部分全来自于漏感能量)电容Cin先对电感Lm充能这也是漏感能量向次级传递的过程。
第三阶段开关导通中后期,当电容Cin电压<=输入Uin电压时电容Cin停止放电维持在Uin附近,这个过程跟普通的反激一样。
能源消耗
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  • 2017-1-10 08:45:31
  • 倒数6
 
吸收漏感能量回馈到母线是肯定的,也不可能完全100%。只要有L   和C   存在就有谐振关系。这个关系能起到关键作用,才是有意义。
boy59
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  • 2016-5-18 17:37:24
 
不采用双线并绕的无损反激电路如下:
实用电路02.jpg
                                                                         图4-4-3 非双线并绕的无损反激电路
这个电路为解决输出二极管反向恢复问题引入了漏感所以又需再增加两个二极管和两个小电容Ci、Co来解决漏感问题。这个电路的等效电路如下:
实用电路12.jpg
                                                                        图4-4-4 非双线并绕无损反激等效电路
上图这个电路的输出可以按图4-4-2那样的电路,变压器输出侧采用双线并绕。这个电路会有一点无功损耗但解决了连续模式下的输出二极管反向恢复问题效率应当也是不错。这个电路要注意的是输入输出CLC pi型滤波器的参数应尽量减小震荡,反馈的采样点也是要接在输出端的前一个大电容(图中的“输出电容”)上。

nc965
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  • 2016-5-18 17:46:21
 
这个电路采用了双线并绕会怎么样?
本帖最后由 nc965 于 2016-5-18 17:58 编辑

boy59
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  • 2016-5-18 19:38:33
 
没有什么影响,后加的两个二极管不起作用了。从图4-4-4上看双线并绕后就不存在漏感Lk3和Lk4那么后加的两个二极管中就不会有电流流过了。这个在以前的仿真中验证过。
dxsmail
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  • 2016-5-19 08:20:38
 
这个非双线并绕的。可以仿真吗?主要要看两个辅助绕组的电流。可以采用更细的线绕吗?想只各绕一层,这样才有实用价值。。。。
还有Ci和Co的取值。怎样计算?

boy59
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  • 2016-5-19 09:12:32
 
前面的图4-2-3和图4-2-4仿的就是这种非双线并绕的不过只有初级,图4-2-4中的线圈n1电感电流和线圈n3电感电流分别是两个绕组中的电流。
如果把漏感用作滤波电感线径就要一样粗了,如果只为吸收漏感能量“辅助绕组”承受与主绕组峰值电流差不多的窄尖峰电流,不知这种情况是否能用细导线。
只各绕一层是合缘故?电容Ci、Co是吸收漏感能量的,根据漏感和MOS耐压有一个最小值,这两个电容大一些只要不影响稳定是没有坏处的具体怎么算我也不清楚,看一些输出带电感滤波的反激也是这样的CLC结构,算法应当也是一样的。
echo55555
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  • 2016-5-18 16:27:52
 
学习了,反激漏感的几种应用及零漏感变压器的实现,感谢楼主!
lclbf
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  • 2016-5-19 11:40:10
 
可以举个实际应用的电路,具体说说关键元件的设计。
boy59
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  • 2016-5-19 11:57:25
 
关键元件就只有变压器,减小线径采用双线并绕,初次级匝比保持不变(双线当单线)供电绕组不变,参考电路图4-4-1注意同名端,输入输出电容跟正常设计时一样稍微注意下反馈的采样点位置。如果不嫌麻烦重新设计个变压器最好。
dxsmail
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  • 2016-5-23 11:04:27
 
这个图是正确的。

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dxsmail
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  • 2016-5-23 11:05:34
 
低压(115VAC)平均效率可以上升1.29%。。。高压(230VAC)平均效率上升0.36%。。。
本帖最后由 dxsmail 于 2016-5-23 21:59 编辑

nc965
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  • 2016-5-23 11:36:05
 
这个结论是仿出来的?楼主省了二极管D4,应该不成立。
dxsmail
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  • 2016-5-23 11:44:49
 
实际绕个变压器做实验的。。。
nc965
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  • 2016-5-23 11:47:16
 
看看EMC好一点还是差一点?
dxsmail
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  • 2016-5-25 08:57:12
 
传导变差了。至少差10DB。主要是前端比较差,但那个变压器应该是可以改进的。
还有是跟三明治绕法比较的。

dxsmail
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  • 2016-5-23 11:46:34
 
这个效率还是没办法跟三明治绕法比。。。
三明治绕法效率高得多。。。

nc965
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  • 2016-5-23 11:48:50
 
晕,同样三明治比,才有参考价值。
dxsmail
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  • 2016-5-23 12:22:42
 
也可以用三明治+绕组钳位。。。再试一下。。。估计会比单三明治绕法效率更高一点。。。
boy59
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  • 2016-5-23 19:15:50
 
想知道另外那种电路的参数及测试波形,怀疑是电路发生了震荡产生了过多的无功功率造成效率上不来。
nc965
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  • 2016-5-23 19:25:17
 
感觉你这个拓扑不成立。你不能用等效电路来验证,用4绕组变压器验证才能说明问题。
boy59
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  • 2016-5-23 20:20:48
 
这等效电路是根据仿真时的波形特性整理出来的,从原理分析没发现这个电路有什么不妥,现在效率上不来是工艺问题还是原理本身的问题?如果有实际电路的波形或许能分析出来。
nc965
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  • 2016-5-23 21:07:46
 
直接用辅助绕组模型看,从原理上就不能成立,不要先去试图等效。
本帖最后由 nc965 于 2016-5-23 21:51 编辑

boy59
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  • 2016-5-24 21:39:59
 
思来想去也没发现问题在那,还请版主明示。
nc965
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  • 2016-5-25 00:39:54
 
我说的是图4-4-1,不成立。
两绕组相同,电动势就相同,电容两端就只有直流电位差,等效于没有电容,漏感能量就没有以任何方式转移到别的地方。
boy59
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  • 2016-5-25 08:30:50
 
谢谢了,知道问题出在那里了。
boy59
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  • 2016-5-26 08:49:32
 
由于之前考虑不周图4-4-1并不实用,这里有另一种电路想探讨一下其可行性。
电路2 - 1.jpg
                              
                        图5-1-1 解决反激漏感的B类电路
上图这个电路输入侧也是双线并绕同名端与之前的电路不同,由于输入的两个线圈耦合的好所以漏感或者励磁电感可以在两个线圈之间自由切换。输入端的电容Ci1和Ci2可以只保留一个。

nc965
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  • 2016-5-26 16:37:11
 
兄弟,很欣赏你敢于创新的精神,但是最好事先论证充分,给出仿真模型和波形,能解读或者给出表达式最好。请再接再厉。
boy59
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  • 2016-5-26 21:38:39
 
这种电路的基本工作原理如下图:
B型原理.jpg
                                         图5-1-2 工作原理
工作原理中没有画出漏感,因初级双线并绕所以两个线圈的漏感也是共用一个“磁芯”,在Ton期间形成的漏感能量在Toff期间转移到电容Cm上。下面是这个电路的仿真结果:
B型高低压对比图.jpg
                                         图5-1-3 高、低压输入的仿真波形
电容Cm=1.8uF,初级单线圈的电感量=382uH,漏感=19.2uH,由于漏感取的比较大这个电路没有输出二极管的反向恢复问题。

nc965
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  • 2016-5-26 22:35:29
 
感觉还是有问题
尖峰的成因是MOS的漏极承受了绕组漏感的续流,要解决此问题的方法一般是在MOS的漏极增加一个漏感能量泄放通道。这个节点一定是三个通道。
你这样好像没解决此问题。

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  • 2016-5-27 07:29:06
 
这个电路同带去磁绕组的正激有些类似,见下图
5-1-4 正激反激去磁绕组.jpg
                                图5-1-4 去磁绕组正激同“去磁绕组反激”
带去磁绕组的正激电路由于初级是双线并绕励磁电感Lm和漏感Lk的能量都可以通过辅助绕组返回到电源Uin所以同时解决了去磁和漏感的问题,由于输入电压的钳位MOS管承受2倍输入电压。图(b)跟图(a)正激电路区别在于把去磁绕组的二极管接地换成了接电源Uin再增加电容Cm,这个电路不是靠输入电压钳位的电容Cm上的电压=输入电压+反射电压+漏感电压,MOS管上承受的电压Vds=输入电压+2倍反射电压+2倍漏感电压。

nc965
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  • 2016-5-27 12:21:41
 
问题在于你列举的正激是特例,理论上才成立,或者说谐振方式才成立。
还是那句话,这个节点一定是3个通道的,才能转移漏感能量,无论双正激、有源钳位单正激,反激,甚至桥,都是如此。

boy59
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  • 2016-5-28 20:43:20
 
如果增加一个RCD电路是不是能实用些,因为采用双线并绕漏感非常小那么这个RCD电路对效率的影响也不会很大。
5-1-5带RCD的B类电路.jpg
                          图5-1-5 RCD“去磁绕组”的反激电路

boy59
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  • 2016-6-2 21:14:06
 
  要解决变压器的漏感问题从变压器的工艺上入手应当是最根本的方法,上面的电路包括现在的很多电路都是为了处理元器件的不理想问题而设计的,但一般在解决问题的同时又会引入新的问题,所以从工艺入手实现变压器的“理想化”才是治本的方法。
  比较常见的减小漏感的方法是采用夹层绕法如三明治、五明治、七明治等,但这种方法会增大分布电容带来不好的影响,所以设想是否有那么一种可以无限的减小漏感而又不增大分布电容的变压器工艺法。

boy59
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  • 2016-6-2 21:45:10
 
  首先思考的是为何采用夹层绕法(三明治)或者双线并绕法会使漏感降低?这个问题或许可以用耦合来解释,变压器是一个电磁转换装置“电—磁—电”这个转换过程是距离越近效果越好,夹层绕和双向并绕使导线之间的距离变近相互之间的耦合变好所以漏感可以很小。
  其次因导线耦合的好其所形成的耦合电容也“好”,结果是漏感小分布电容就大,分布电容小漏感就大,那么该如何去破解漏感和分布电容之间的矛盾?

caijiantai
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  • 2016-6-3 02:39:42
 
楼主是做什么工作的?点子真多,点赞
本帖最后由 caijiantai 于 2016-6-3 02:51 编辑

nc965
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  • 2016-6-3 07:02:35
 
我也点赞。
关于楼主的想法,前面已经说了一些,这里再多说几句,供楼主参考。
无论何种改进,首先要保证拓扑成立,也就是能量必须衔接得天衣无缝,不能有漏洞,这是大前题。我之前有好几个帖,是拓扑的创新,楼主可以参考。
关于漏感,两种思路,一是减少漏感,二是利用漏感。不要总是吊在双线并绕这一颗树上,主要原因是:

1、仅仅只在原边副边用双线并绕,并不能减少(反而会增加)原边副边之间的漏感。
2、双线并绕只是减少一点漏感,只是程度的区别,没有质的飞跃。
3、放一个图上来,最好自己先有点验证,先做一些功课。
boy59
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  • 2016-6-3 11:41:27
 
首先谢谢两位,主要是我知识面窄能力又有限,偶然的一个想法也需借助论坛去验证其可行性。有时在讨论中会发现自己想出来的早已经存在,这其实蛮开心的至少证明了自己的想法没有“跑偏”,有时能得到高手的指点了解到比较先进的电路,有时会从一个电路联想到其它的电路,有时为了回答一个问题或者解决一个问题不得不去学新的知识,总之感觉在论坛上多发帖能让自己学的更多更快。至于讨论的结果嘛正确的最好,如果不对果断放弃吸取教训再接再厉。
boy59
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  • 2016-6-3 22:13:02
 
分析几个减小漏感的绕法:
第一,线圈完整平铺的漏感小,见下图
初级对比.jpg
                             图6-1-1 线圈完整平铺漏感小
上图中(a)的漏感要比(b)的大,(a)初次级间耦合不如(b)的好。
第二,疏线(这里的次级)均匀绕线漏感小
6-1-2 疏线匀绕漏感小.jpg
                             图6-1-2 线圈均绕漏感小
如上图采用均绕法次级接受初级的耦合也较均,相对于(a)的绕法耦合的更好。
第三,初次级线径相仿漏感小(次级合二为一)
6-1-3 线径相仿漏感小.jpg
                             图6-1-3 线径相仿漏感小
上图中(b)的初次级耦合要比(a)好,漏感也会小很多。
第四,绝缘胶带少包漏感小
第五,细长磁芯漏感小
6-1-4 细长磁芯漏感小.jpg
                             图6-1-4 细长磁芯漏感小
第六,三明治绕法漏感小
6-1-5三明治绕法.jpg
                          图6-1-5 三明治绕法漏感小
上述的几种减小漏感的方法无一不是跟耦合有关的。

nc965
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  • 2016-6-3 23:46:40
 
你这些结论是估计还是有验证?最好有点数据支撑。
boy59
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  • 2016-6-6 08:58:50
 
这些是生产制造中总结的一些经验方法,用耦合的理论貌似可以解释这些方法,教科书中也多是从耦合系数角度来解释变压器。
nc965
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  • 2016-6-6 09:50:20
 
这些太定性,都好,谁更好?
boy59
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  • 2016-6-8 11:27:16
 
在现阶段和现有工艺水平下,可能没有更好的只有更合适的。
nc965
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  • 2016-6-8 11:53:09
 
好的当然有区别,还很大,要讨论漏感,就是讨论这些区别以及为什么会有这些区别。
boy59
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  • 2016-6-8 13:48:53
 
版主这方面的经验丰富,可否先讲解一下?
nc965
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  • 2016-6-8 16:01:34
 
关于绕组结构对漏感的影响,在这个贴中有很详细的表述,现在差的就是理论支撑。
反激变压器设计要领
这些表述是:
1、漏感就是互感之差
2、电感没有漏感,因为其每匝之间的互感相等
3、同轴线绕制的变压器,与电感最为接近,漏感最小
4、是在匝数不同时,用多股线按最小公约数绕制,然后再来组合的变压器,应该是最优化绕组结构。
5、整层约束即绕组结构的轴向对称性,是反激变压器绕组结构最重要的约束条件,没有之一。如果某一层能绕20匝,你只绕了18匝,相对其他已经密绕整层的绕组就少绕了一点、稀松了一点,重心偏移了一点,就多少失去了两绕组之间的轴向对称性,漏感就会大一点。实测可以发现,漏感对于绕组的轴向对称性极为敏感,有时候哪怕只差1匝,也是要大打折扣的。
6、三明治约束
即绕组结构的径向对称性三明治的意思是二夹一,要吗是原边夹副边,也可以副边夹原边。一般认为夹在中间的绕组无论层数,上下的绕组要上下层数相等,其实也不尽然,以我的测试,最佳配合是底层3层,顶层2层来夹中间的绕组最佳,其次是对称三明治,再其次是底层2层,顶层1层来夹中间的。后两者效果应该差不多。这里面的原因应该是底层最靠近气隙的缘故。
本帖最后由 nc965 于 2016-6-8 16:11 编辑

boy59
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  • 2016-6-9 07:33:50
 
上面的第4条最小公约数是如何定义的?是指匝比吗?
第6条表述的是下图所示吗
三明治对比.png
最左边这种结构漏感最小?
nc965
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  • 2016-6-9 08:03:34
 
最小公约数假如是12,则用多股线绕12匝,然后用各股串联的方式构成12、24、36、48、60、72…匝的各个绕组。用并联的方式使各绕组载流密度大致相等。
三明治的情况是我的验证,尚无理论支撑。
本帖最后由 nc965 于 2016-6-9 08:47 编辑

nc965
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  • 2016-6-9 08:13:03
 
更多需要追纠的细节还有:
7、辅助绕组放什么位置漏感最小?
8、副边有多个绕组的话,其功率大小和位置是如何影响漏感的?
9、原边夹副边与副边夹原边究竟有没有区别?
10、不明白为什么漏感对绕组的轴向对称性这样敏感?
本帖最后由 nc965 于 2016-6-9 08:54 编辑

何仙公
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  • 2016-6-13 15:25:05
 
没有看懂128楼是啥意思
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  • 2016-6-13 15:27:08
 
最后想说,单纯想减少漏感来有所作为,结果却适得其反
nc965
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  • 2016-6-13 16:27:51
 
这个贴基本上是务虚,说的就是如何单纯减少漏感,你对此有何高见?
何仙公
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  • 2016-6-13 17:29:08
 
实践告诉我,物极必反
boy59
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  • 2016-6-13 20:14:21
 
亦或者,否极泰来,换个思路或许就能化解矛盾。
nc965
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  • 2016-6-13 21:38:55
 
高见
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  • 2016-6-15 08:24:26
 
首先,我感觉楼主的对比都是凭空而来。缺乏真实实验数据。
比如疏绕和密中绕哪个好,真差不多!真实的情况是根据线包情况调整吧。或者给绕线工人自行选择!


我们是在画饼,工人在做饼。工人按我们要求办事,我们倾听工人心声而相应调整。控制的不仅仅是漏感,而是心境!
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  • 2016-6-15 09:08:38
 
遗憾的是我目前没有条件去做实验验证这些,不过这些并不是我凭空想象的而是在论坛中看到的,比如这个帖子
能够有效控制变压器漏感的绕制方法[url=https://bbs.21dianyuan.com/thread-155227-1-1.html]
在大家的讨论中发现用耦合的理论几乎可以解释所有现象,只是缺乏数据的验证现在还不能太肯定




本帖最后由 boy59 于 2016-6-15 09:10 编辑

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  • 2016-6-15 09:35:44
 
另一个帖子【龙腾原创】弄清变压器漏感与气隙大小的关系(已完结)https://bbs.21dianyuan.com/thread-180189-1-1.html
无标题.jpg
上面这组数据反映了漏感跟耦合系数K的一个关系:
L11≈L1*(1-K)
L22≈L2*(1-K)

何仙公
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  • 2016-6-15 14:19:10
 
然而漏感和气隙,一毛钱关系也没有。气隙只是改变了ui (磁导率)
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  • 2016-6-15 19:33:32
 
EE EI磁芯.jpg
上面这两种磁芯假设气隙、材料、绕组等都一样只是开气隙的位置不一样,有人说EI的漏感要小于EE的,如果这个说法是正确的那么漏感和气隙就有一定的关系。还有个说法磁导率高的漏感小,这两种说法都能用耦合的理论去解释。
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  • 2016-6-17 17:23:23
 
关于变压器(或电磁学) 有几个问题 :
1、为何将导线绕成螺旋状后电感会变大,
2、为何加了磁芯后电感会变大,
3、电感的本质是什么为何会有“惯性”的特性,
4、磁芯是什么气息又是什么二者有什么关系,
5、电感的能量储存在哪里,磁芯?气息?或者都不是,
6、什么是漏磁、漏感与什么因素有关,
一般用磁阻来解释电感或变压器,磁阻能否解释储能和能释放的问题(惯性特性)?

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  • 2016-6-17 22:41:34
 
  日常中惯性是一个跟质量有关的量,一切物体皆有质量一切物体皆具惯性,质量越大惯性越大。从这一点是否可以推出电感的“惯性”也是由质量引起的,当电感有了一定的“质量”也就具备了一定的“惯性”(感性)。那么电感的“质量”会跟什么有关?
跟磁芯质量有关?
  一般磁芯用的越多电感量越大,是否磁芯的质量就是电感的“质量”(感量)?空心电感基本就否定了这一想法,没有磁芯的电感一样有“质量”(感量)的,所以电感的“质量”不是来自于磁芯。
跟导线质量有关?
  同一根导线绕成螺旋状的比拉直的电感量要大换句话就是“质量”更重,同一根导线质量是不可能不一样的,所以电感的“质量”也不是导线的质量。
这个电感“质量”不是磁芯但受磁芯影响,不是导线但受导线形状影响,综合推断这个电感“质量”是导线中电子的质量。

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  • 2016-6-18 10:23:39
 
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  • 2016-6-17 23:04:08
 
1、为何将导线绕成螺旋状后电感会变大?因为每一圈电流会在相邻的其它圈数上产生互感(电动势),也就是每圈的电动势由自感和互感两部分组成。
2、为何加了磁芯后电感会变大,因为导磁率比真空增加了ue倍。
3、电感的本质是什么为何会有“惯性”的特性,电感的本质就是一种与电容对应的东西,其上的电流不能突变,必须连续,这不叫惯性。
4、磁芯是什么气息又是什么二者有什么关系,磁芯就是顺磁材料,气隙就是顺磁特性差一点的导磁材料,就这个关系。
5、电感的能量储存在哪里,磁芯?气息?或者都不是,电感的能量储存在磁场里,或者磁势里。
6、什么是漏磁、漏感与什么因素有关,漏磁就是偏离理想磁路的磁力线,漏感就是互感之差,与互感有关。

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  • 2016-6-18 06:33:23
 
1、互感的原理是什么,为何相邻线圈会产生互感电动势?
2、磁导率高了电感量变大原因是什么?
3、不能突变、必须连续这就是惯性的特点,曾用牛顿力学公式置换推导过电感公式结果完全成立比如1/2*L*I^2=1/2*m*v^2。
4、非常有概况性,不过不懂的还是不懂。
5、磁场、磁势是一个能量场的概念,能量不能凭空存在需借助一具体的物体才能体现出来,磁能也一定是存储在某一物体上的。
6、同第一条为何会有互感,什么原因造成的互感差?
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  • 2016-6-19 19:28:27
 
电感的“质量”更确切的应当是受束缚的电子的质量,何为受束缚的电子如何让电子受束缚?在现有的认知里电与磁是密不可分的有磁就有电有电就有磁,我们目前对磁场进行束缚也就间接的束缚了电子。
对磁场的束缚通常是将导线绕成螺旋状和加磁性材料,这样可以把磁力线束缚在很小很窄的范围内,相应的一部分电子也被束缚成一个“电子团”,这个“电子团”的质量为被束缚的电子质量之和相对质量较大,从外界看就具有了明显的感性。
未被束缚的电子叫自由电子呈一种杂乱无章、无规律的热运动(通电之后会有一点束缚也就是导线电感),关于自由电子和受束缚的“电子团”的不同质量特性举两个例子(不一定恰当)
第一个例子
18世纪中叶,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生。造成桥塌的原因是共振所以现在部队过桥是都由齐步变碎步。问题是无论齐步走还是碎步走每个士兵抬腿放下所做的功都一样,总能量既没增加也没减少但齐步走之后产生的破坏力却是惊人的,这就是团结的力量吗?

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  • 2016-6-19 21:15:45
 
第二个例子
7-1-1 水流冰块模型.jpg
                                        图7-1-1 自由电子和电子团的宏观模型
这个例子是把水从A地送到B地,上面的是通常的水管传送方式,下面的传送带方式首先在传送带左边有个制冷装置能将水瞬间变成冰(液态到固态)固体态的冰被传送到右边的制热装置瞬间变成水(固体到液态),假设制冷和加热装置是理想的一个耗能一个吸收能能量平衡不对系统造成影响。
水管的传送方式如果想停止传送只需关断右边的水龙头即可,传送带方式如果快速停止传送带则传送带上的冰块会以1/2mv^2的能量对传送装置造成巨大的冲击,水管传送方式中水的等效质量也是m但却不能以1/2mv^2来计算其对水管的冲击(没有因关水龙头而导致水管爆裂的即使水管很长),这就是自由与抱团的区别吧。这里面制冷和加热装置就如同螺旋线圈和磁芯起到束缚冻结自由电子的作用,而在磁芯作用的过程中并没有消耗磁芯也没有能量的增加或减少(忽略损耗)这一点跟化学上面的催化剂很像。
如果电感等效于被束缚电子质量的观点成立那么还可以用一个宏观模型去描述变压器隔离功能的机理。

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  • 2016-6-20 08:40:24
 
电感的本质就是一种与电容对应的东西,其上的电流不能突变,必须连续,这不叫惯性。
电容的本质就是一种与电感对应的东西,其上的电压不能突变,必须连续,这不叫惯性。
这两个东西的特性是电子学的基本内容,已经有充分的描述,对于有充分描述的东西,没有必要再用另外一套理论来解释。
你能用磁力学理论来解释电容的惯性?
你认为该用什么力学理论才能解释电容的惯性?
你认为电容和电感不是完全对称的而是完全无关的两个东西?需要再分别建立两套不同的理论来解释?
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  • 2016-6-20 09:25:35
 
电子学上的一些定义多是对事物特性的一种描述,比如电感电流不能突变电容电压不能突变但并没有指出其本质。(并没有指出为什么不能突变)
电容和电感是互补的两个东西,在力学上电容可以用弹簧来替代电感可以用金属飞轮来替代,电容上的是势能电感上的“动能”,电感有“惯性”电容有“弹性”。
电和磁是比较抽象的事物,看不到摸不着的东西一般是不容易理解的,用一个宏观的生活中能接触到的理论去理解应当会容易些。
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  • 2016-6-20 09:41:31
 
正如你所说,用一个宏观的生活中能接触到的理论去理解应当会容易些。
只是帮助理解,也不是本质,试图用不是本质的东西去解释本质,容易掉进自己的坑里。
我一直觉得,用电磁学现有的理论来解释你说的一切,已经足够了,完全可以描述清楚,也不复杂,实在没有必要画蛇添足。
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  • 2016-6-20 10:11:04
 
真正的本质谁又会知道呢?比如我说电感有“质量”有惯性那么惯性的本质又是什么呢?有些理论点到为止即可。对于您来说电磁理论足以解释所有的电磁现象,对于某一些人包括我在内并不能深刻领悟出其中的奥秘,而借助于力学理论的帮助可以较容易的发现一些奥秘。很早以前我就认为可以用一套机械装置去模拟一个开关电源无论是正激、反激还是LLC什么的,现在更加确定这个想法了。用机械装置去模拟Boost、Buck电路更简单些,比如用搜索引擎去搜索“水锤泵”那就是一个机械式的Boost电路。水锤泵是一种以流水为动力,通过机械作用,产生水锤效应,将低水头能转换为高水头能的高级提水装置,是利用流动中的水被突然制动时所产生的能量,使其中一部分水压升到一定高度的一种

当我们对一个事物的“本质”有了深刻的理解的话,才能更容易的发现其缺陷的根本原因从而在根本上解决这些问题。
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  • 2016-6-20 10:35:35
 
正如你说,真正的本质谁又会知道呢?因此这里无需去找真正的本质,比如能量守恒是不是真理呢?你无需去追究,你只需要相信它就是真理就行。你也没有必要把飞轮装扮成真理去解释电感,至少,它比能量守恒更远离真理。
其实,你上面提了很多问题,自己以为没有答案(其实在电磁学领域都有现成答案的),需要继续追根寻源,于是扯到力学上去,搬出飞轮、弹簧这些东西,以为可以说明问题?
为什么必须扯到力学上去才能说明电磁学上的问题?扯到化学上去就不能说明问题?
喜欢思考是好的,想入非非就过了,还可能有比你更想入非非的,可能还会搬出杠杆、电解质来解释电感,能解释清楚?
电感电流为什么不能突变?你可以从电容电压不能突变去理解,它一定是同样的原理,同样的解析方程。
电容电压为什么不能突变?你可以从电容上能量不能突变去理解,能量才是本质。
电容上能量为什么不能突变?因为“突”是时间的概念,而能量和时间是宇宙的基本概念,当这两个概念交融时,叫功率。
时间、能量、功率这些概念,是不是比飞轮、弹簧、杠杆、电解质这些东西更接近电感的本质呢?

本帖最后由 nc965 于 2016-6-20 11:13 编辑

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  • 2016-6-20 14:01:47
 
能量守恒恐怕不是真理,下面引用一段话。
“在经典力学中,质量和能量之间是相互独立、没有关系的,但在相对论力学中,能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已.这样,在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了.爱因斯坦指出:“如果有一物体以辐射形式放出能量ΔE,那么它的质量就要减少ΔE/c.至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能,在这里显然是无关紧要的,于是我们被引到了这样一个更加普遍的结论上来.物体的质量是它所含能量的量度.”他还指出:“这个结果有着特殊的理论重要性,因为在这个结果中,物体系的惯性质量和能量以同一种东西的姿态出现……,我们无论如何也不可能明确地区分体系的‘真实’质量和‘表现’质量.把任何惯性质量理解为能量的一种储藏,看来要自然得多.”这样,原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来,成了统一的“质能守恒定律”,它充分反映了物质和运动的统一性.质能方程说明,质量和能量是不可分割而联系着的.”
上面扯了这么多就是想强调考虑本质的时候不能忽视了质量亦即载体,用飞轮、弹簧构建一个载体可以清晰的观察到能量在其中的运行方式,电磁理论是用一个理论去解释另一个理论又如何去发现理论背后的本质。

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  • 2016-6-20 16:11:38
 
质能守恒可能也不是真理,但它比能量守恒更接近真理。
而能量守恒应该比飞轮、弹簧更接近真理。
用能量守恒既能解释飞轮、弹簧,也能解释电感、电容,还能解释电解质。
用能量守恒就能解释的事,为什么要用飞轮去解释?为什么不用电解质去解释电感?
既然飞轮可以解释电感,那么电感能否解释飞轮?
既然飞轮可以解释电感,为什么不能解释电容?为什么要弹簧才能解释电容?反过来用电容能否解释弹簧?抑或用电容去解释飞轮?




本帖最后由 nc965 于 2016-6-20 16:31 编辑

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  • 2016-6-20 20:31:08
 
能量守恒如何去解释飞轮、弹簧、电感、电容?一个是能量一个是物质二者能联系在一起吗?(暂不提相对论)
而且能量守恒也不是万能的伏秒平衡也是很重要的,如果从力学的角度伏秒平衡就是动量守恒,只有动量守恒+能量守恒一起运用才能解出一道物理题。
再者能量守恒能解释动量守恒吗?这完全是两个定律。
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  • 2016-6-20 22:35:12
 
能量守恒如何去解释飞轮、弹簧、电感、电容、伏秒平衡?这正是经典物理学(其中包括电磁学、力学以及电力电子学)的基础内容,大约从初中开始的课程。一般人无论如何也不至于去怀疑,更不会提出“一个是能量一个是物质二者能联系在一起吗?”这样的问题。
这样说吧,能量平衡就是用来解释你我熟知的物质世界的。或者说它总是能与物质世界的所有运动规律联系在一起的,从最简单的运动一一动量,到最复杂的运动一一思维。
本帖最后由 nc965 于 2016-6-21 06:26 编辑

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  • 2016-6-21 10:02:02
 
在154楼引用的第一句话“在经典力学中,质量和能量之间是相互独立、没有关系的”,一个飞轮所具有的惯性是其本身的特性跟是否有能量能量是否守恒有什么关系?
能量守恒不是解释世界的唯一真理,比如动量守恒时能量可以不守恒(总能量守恒),能量守恒不一定能解释的了动量守恒。
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  • 2016-6-21 17:02:42
 
惯性定理,动量乃至冲量,无一例外都是基于能量平衡的定理。
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  • 2016-6-20 07:09:22
 
下面的表格是电磁学与力学的一些公式对比
电磁学力学公式对比.jpg
                       表7 电磁学与力学公式对比
这个表可以为感量等同于质量的观点提供一些依据。

lahoward
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  • 2016-7-1 14:50:55
 
。。。迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂。。。  - 这个是谣言,以讹传讹,不可当真。(桥塌是真,但并没有断,那天是狂风暴雨,悬索桥,人都站不稳还能迈着整齐的步伐?


这是那座桥:
CementShoes-Part1-before.png
lahoward
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总工程师
  • 2016-7-2 09:11:07
 
这个士兵过桥齐步走产生的共振引起大桥断裂的故事在中国流传了数十年,相信大多数人都知道这个典故。但事情并不是像流传的那样。
真实情况大致如下:

1850年,4月16日,法国的一个城市叫 Angers,城市有条河叫缅因河 (Maine River), 河上有座桥,结构为悬索桥(suspension bridge),或者叫斜拉桥,如上海的杨浦大桥。

杨浦大桥
大.jpg

这种桥的结构其实在中国古代更本不稀奇,多的很,护城河见过吗?护城河上每扇门前都有一个斜拉桥吧,那可是真的可拉起来的桥,呵呵那时可不叫什么悬索桥,也不叫斜拉桥,那叫吊桥,多少英雄好汉栽在吊桥上,水浒中的双鞭呼延灼就是因为吊桥年久失修,马失前蹄,被金兀术斩于吊桥上。扯远了。没见过吊桥的看看地道战地雷战什么的。
lahoward
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  • 2016-7-2 12:04:59
 
提示: 该帖被管理员或版主屏蔽
lahoward
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总工程师
  • 2016-7-2 12:27:35
 
事故调查委员会经过仔细调查得出事故发生原因为:

1)大桥在暴风中发生了扭曲共振
2)桥上士兵在混乱中加剧了扭曲共振
3)桥面的晃动能量传到钢丝绳上,而钢丝绳内部有生锈。最终钢丝绳率先断裂导致大桥坍塌。

因此所谓的士兵齐步走造成桥断实在是无中生有,以讹传讹,谣言流传了数十年。
据说谣言有500次的点击量即可判刑,百度上这个谣言点击5万次都不止了,呵呵,百度不可信,信百度则魏则西。

原文:

http://www.wireropenews.com/articles-CementShoes-Part1-Angers1850.html

boy59
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总工程师
  • 2016-7-4 20:02:35
 
学习了,关于此事件的出处。事故调查委员会给出的事故原因中的第二点原文:
Second conclusion: An amplification of the twisting resonance was created by the steps of the soldiers. Although they were not marching in cadence, each man was forced to keep his own balance against the pitch and roll of the deck. This caused them to remain in step anyway although they’d been ordered not to do it.
结合全文大意是士兵齐步走加剧了桥的扭曲共振,当发现这个问题后指挥官下令停止齐步走,但士兵们为了维持自身的平衡他们的步伐还是随着桥面的扭曲保持一致。
不知道我理解的对否?
lahoward
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  • 2016-7-5 12:51:05
 
这样理解是没有问题的。我想强调说的是我们的教科书及百度上都闭口不提狂风引起桥的共振也不提钢丝绳的绣浊,整个事件变成了一队士兵的齐步走造成了桥的断裂,这是严重误导,我相信绝大部分人读书时听到的都是这个故事,包括本人也是。

这是士兵过桥时的照片
bridge2.jpg

这是在原址上重新造的桥
bridge3.jpg
dxsmail
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  • 2016-7-6 10:32:29
 
1906年,一队俄国士兵迈着整齐的步子,踏上了圣彼得堡附近的丰坦卡大桥。突然,大桥坍塌了,桥上的士兵全都坠落下去,非死即伤,损失惨重。 其实都是共振惹得祸。士兵列队齐步走的频率与大桥的固有频率相同,引起大桥发生共振,剧烈的振荡导致大桥解体。


这个是假的吗?

dxsmail
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副总工程师
  • 2016-7-6 10:40:48
 
共振可以都会引起地震。。何况是座桥。。。
lahoward
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总工程师
  • 2016-7-7 08:41:31
 
是不是危言耸听啦?历史上哪次地址是因为士兵齐步走正步走引起的啊?
lahoward
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  • 2016-7-6 14:04:27
 
没得救了,上面这么多话我都白讲了,再说一遍:信百度则魏则西。不要只会复制粘贴,要学会求证。
圣彼得堡附近有座叫桥叫丰坦卡大桥吗?是你造的?

先看看丰坦卡河上有几座桥:
01.jpg
有没有哪座桥叫丰坦卡大桥吗?没有的!


那么哪座桥曾经断过?Egyptian_Bridge,(埃及大桥),倒塌时的场景是这样的:
Egyptian_Bridge_disaster.jpg

倒塌时是不是有一队士兵经过?是的。那士兵是不是在正步走或什么齐步走?我倒要问一句了:这冰天雪地的没事齐步走干嘛?是爱好吗?呵呵,告诉你经过的是一队骑兵,难道你指挥马匹齐步走?

为什么说是冰天雪地,看看图片中河面上的冰就知道,另外桥塌是collapsed on 20 January 1905 when a cavalry squadron was marching across it.
注意上面斜体画线部分,随便你怎么译,骑兵营,骑兵中队等等,总之是骑兵。

那桥为何叫埃及桥?那是桥头有狮身人面像,是这样的:
Sankt_Petersburg_Ägyptische_Brücke_2006.jpg

冬天看是这样的:
001.jpg

换个角度看:
lion.jpg

有何感想?如果对你有所帮助别忘了说声谢谢,这是基本礼仪,生活中任何人对你有所帮助不论大小都要说声谢谢。
lahoward
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  • 2016-7-4 23:05:33
 

以下是166楼被屏蔽的内容的原文,本人强烈要求管理员或版主说说屏蔽此文的理由。

言归正传。那天举行游行阅兵,中午时分,狂风暴雨(thunderstorm)袭击了整座城市,大桥在风暴中剧烈晃动、桥面被扭曲,当时桥上挤满了士兵、观众、军乐队,马匹等,人们在剧烈的桥面晃动中跌跌撞撞试图保持平衡,更加剧了桥的晃动,最终,大桥吃不消了,钢丝绳断了,桥墩被拉断,大桥的一端先掉入河中,整座大桥掉入河中,大桥上无数人马跟着掉入河中,死伤惨重,据碑文记载死223人。此后20年法国不再建造此类桥。
lahoward
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总工程师
  • 2016-7-6 08:58:27
 
再问:哪个猪狗不如的版主将166楼帖子屏蔽?为何现在像缩头乌龟他爹一样不敢出来说明为何做这龌蹉变态之事?
nc965
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  • 2016-7-6 09:01:17
 
请文明用语
lahoward
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总工程师
  • 2016-7-7 15:36:14
 
呵呵,把这种变态的版主说成猪狗不如是有点过了,无论如何比猪狗应该强一点,或至少相等,你觉得如何?
nc965
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  • 2016-7-7 15:40:51
 
请文明用语,破口大骂很容易被认为是素质问题。
lahoward
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  • 2016-7-8 08:48:05
 
那么你认为如何形容哪个变态的版主比较恰当?
nc965
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  • 2016-7-8 10:19:24
 
我一般不会说人家变态,而且我估计人家这样干总是有原因的,我也有若干来路不明的被投诉,被屏蔽,从来不追究。
我的估计,你发的内容有人不高兴,我估计多半是楼主,干扰了他的主题,他想说的话没办法继续,于是投诉,于是被简单处理了一下,这种屏蔽处理,我估计是程序化地自动处理的,反正版主是无法处理的,有什么关系呢?就一段无关痛痒的话,又不是毛主席语录,你说呢?
lahoward
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  • 2016-7-8 11:50:15
 
多谢了,一段话确实无关紧要,只是对这种做法深感厌恶,有意见何不当面提非要暗算。好吧,到此为止了。
boy59
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  • 2016-7-8 15:51:42
 
之前好像不能回复,楼主并没有做过投诉之类的事情,这个主题因没有实践支持太空洞所以打算放一放,纯个人原因! 本帖最后由 boy59 于 2016-7-8 15:57 编辑

lahoward
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  • 2016-7-8 23:45:37
 
非常相信楼主还不至于要投诉我。我想到此为止,不再提了。
caijiantai
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  • 2016-7-9 20:18:43
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感觉哥们怨气很深啊,多大了啊
boy59
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  • 2016-6-26 12:25:01
 
一根通了直流电的导线其磁场分布如下图
直线电流的磁场的几种图.jpg
                              图7-2-1 直线电流的磁场分布
如图直导线的磁感应线比较分散对电子的束缚能力较弱所以感性不明显,如果在导线周边加一个理想的磁性材料则磁感应线会发生如下变化
图7-2-2 加磁芯后的磁场.jpg
                                图7-2-2 导线磁场与加磁芯后的磁场分布
假设理想磁芯磁导率无穷大磁芯中的磁感应线被磁芯短路(磁阻为零),原来分散的磁感应线被压缩到较小的空间中从而加强了对电子的束缚感性凸显出来。
7-2-2(b)由于磁芯开口较大会有部分磁力线泄露到空间形成漏磁,主要有两个坏处一是降低效率,二是EMI问题。另外在测漏感时得到的结果中是包含漏磁的,而漏磁并不能返回线圈不会影响漏感吸收电路,这是造成计算得到漏感吸收电路(如RCD电路)比实际的功耗大的原因之一。
实际中的磁芯中气隙是均匀分布的,见下图
图7-2-3气隙磁芯.jpg
                                         图7-2-3 磁芯与气隙
7-2-3(b)是将图(a)中的气隙均匀分布到磁芯中去的性能是比较好的,但现在磁芯多是批量生产不一定有正合适的磁芯所以一般采用图(c)的方式用一个气隙小的磁芯(磁导率高)再开一个气隙通过调整气隙大小得到期望的参数。如果忽略漏磁的影响则图(a)(b)(c)是等效的,它们有相同的平均磁通路径和气隙大小。
一般磁导率的公式表示为μ=B/H,也可以用μ=Le/lg(平均磁路长度/总气隙)来表示,物理含义是气隙在平均磁路中所占比例的倒数。图(c)的等效磁导率可以表示为
μe=Le/(Le/μr+lg)     
   =1/(1/ur+lg/le)
Le平均磁路长度,lg气隙,μr初始磁导率)

boy59
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  • 2016-6-26 19:11:07
 
磁导率和气隙的关系还可以用下面的例子进行类比
放大镜.jpg
                                图7-2-4 磁导率和“光导率”
磁芯的作用跟光学放大镜很像,一个是磁放大一个是光放大,二者的放大率同比于光、磁导率,二者都不影响能量大小只改变能量状态。
从这里可以看出电感的能量并不储存在磁芯中(空心电感也能证明这个观点),说磁芯能储能的多是忽略了磁芯中含有气息。根据电感储能公式
W=1/(2*μ)*B^2*Ae*lg                       电感储能公式(1
其中储存的能量看上去跟气息有很大的关系,但气息“空无一物”是如何储能的?如果把电感储能公式变换一下得
W=1/2*B^2/μ^2*Ae*Le      
  =1/2*H^2*Ae*Le
  =1/2*(N*I/L)^2*Ae*Le        电感储能公式(2
由公式(2)可见电感中储存的能量都是来自于电流I的,电流才是储能的本质气隙在这里面起调节的作用(就像光学上的放大镜,化学中的催化剂),参考动能储能方式1/2*m*v^2,电感能量1/2*L*I^2也是储存在“质量为L”的受束缚电子上的。(仅代表个人观点,有待探讨)

yanyangdz
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  • 2016-7-1 10:52:17
 
方案探讨:QQ:775033039   LLC方案群组: 116760409 (可提供样机测试。。。。并协助开发)
XIAOTU80
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  • 2016-7-2 10:21:38
 
零漏感跟漏感储能是不是相互有点矛盾了
boy59
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硬开关应用时希望漏感是零,软开关应用时需要漏感,这个漏感一般是由工艺决定的很难保证一致性和精确度吧,如果有可以实现零漏感的工艺那么前面的漏感一致性和精度问题就都可以解决了。
xielinda
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xielinda邀请您访问世纪电源网社区
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所谓的漏感设计出来,是指根据计算公式来推出漏感的数值?
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大概是这个意思,一个无漏感的变压器串联一个“漏感”采用磁集成的方式实现一个漏感可控的变压器。
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