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醫(yī)院用呼叫器系統(tǒng)廠家 開關(guān)電源的分析功率變壓器的模型

2023-10-21 10:50

在分析Flyback電路之前,我覺得有必要把變壓器模型做一個總結(jié),因為我們對變壓器的分析其實是在一定的模型上面進行分析的。這里闡述我的一個觀點, 如果說實際測試和實驗是非常重要的話,對分析對象有一個清晰的模型概念對電子工程師來說是非常必要的,建立的模型的目的完全是為了可以簡化問題。當(dāng)然建立 了模型進行分析,可能和實際的測試結(jié)果有出入,每一個對象的實際總有偏差,但大規(guī)模生產(chǎn)有個前提就是需要控制對象的參數(shù)分布在一定范圍內(nèi)。
功率變壓器在電源中起著能量變換和能量傳送的作用(聯(lián)接信號源與負(fù)載的中介)。一般的變壓器模型是一個雙端口網(wǎng)絡(luò),在大部分仿真軟件中的模型如下:

不過因為雙端口模型不利于我們的分析,我們一般不直接使用這種模型。(當(dāng)然軟件中大部分都是這么分析)這種模型忽略了漏磁電感和激磁電抗,需要進行改進才能得出比較精確的結(jié)果。
我們也可以將變壓器與負(fù)載分開(獨立的器件), 變壓器則等效成為附加一定電抗的電感器, 次邊電磁參數(shù)以一定變換歸一化到原邊進行處理, 可看成一個單口網(wǎng)絡(luò)進行等效, 從而使模型得以簡化。最簡單的模型如下:

圖中各個參數(shù)為:
C:端口分布電容
Rc:線圈交流電阻
Rm:磁心損耗電阻
Ls:線圈漏感
Lm:磁心磁化電感
RL’:負(fù)載折合到原邊的等效電阻 主要缺點有兩個: 1)I.c=I.m+I.lm+I.l,變壓器的銅損(線圈電阻損耗)與鐵損(磁芯損耗)是相關(guān)的,很難成為獨立的兩個參量。
2)當(dāng)開關(guān)通斷的頻率比較高時,不同繞組間的電容效應(yīng)已較為明顯, 次邊繞組的銅損折合至原邊的等效阻抗已經(jīng)能夠明顯的影響變壓器的響應(yīng)。
如果各位對上面的模型不太清楚,以下這張圖能夠比較清晰的反應(yīng)變壓器線圈的分布參數(shù):
我們可以建立了一個繞組的模型,端口電容也可以認(rèn)為是繞組的分布電容(匝間電容和層間電容),分布電容經(jīng)過疊加折算得:繞組的等效并聯(lián)電容C′= Ci/ ( N - 1) ( N > 1)Φm為主磁通(產(chǎn)生感應(yīng)電動勢)對應(yīng)磁芯磁化電感Lm,Φc為漏磁通對應(yīng)線圈漏感

第一個改進型模型:

Cp:端口并聯(lián)等效分布電容(初級線圈)
Rp:端口并聯(lián)等效介質(zhì)損耗電阻(次級線圈)
Cs:初級和次級繞組間等效耦合電容
Rs:初級和次級繞組間等效介質(zhì)漏
Ls:線圈漏電感,分為Lse和Lsm
Lm:勵磁電感,分為Lma和Lml
Rm:磁心損耗等效電阻
Rcp:原邊繞組的等效電阻
Rce:次邊繞組的等效電阻
RL:折算到原邊的負(fù)載等效電阻 模型主要特點: 流過Rce的電流I.Rce ,流過Rcp的電流I.Rcp ,流過Rm的電流I.Rm 相互獨立, 模型使源邊副邊的銅損與磁芯損耗(鐵損)不再相關(guān)。
不過個人認(rèn)為下面這個模型更好理解一些:

Cps為初級和次級繞組之間的電容
Lkp:初級繞的漏感
Cp:初級繞組的寄生電容(分布電容)
Rp:初級繞組的線圈電阻
Lks:次級繞的漏感
Cs:次級繞組的寄生電容(分布電容)
Rs:次級繞組的線圈電阻
Lm:變壓器勵磁電感
Rm:磁芯損耗的電阻
RL:折算到原邊的負(fù)載等效電阻
CL:折算到原邊的負(fù)載等效電容
這個模型可能好理解一些,不過我們分析的時候可以從這些模型開始參照,或者說分析的時候通過某些參數(shù)的變化來分析整個趨勢。

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