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如上图所示，输入电压为4.5V，楼主需要设计一个全桥电路将DC4.5V转换为100kHz的方波，通过环形磁芯升压，在次级整流滤波再经Buck电路（LM2596-12.0V）转换为12V电压10W功率的直流电压。 由于要求空间紧凑，采用的全桥工作频率为100kHz，先用纳米晶磁环作为变压器磁芯。利用AP法选择合适尺寸的磁芯，根据电磁感应原理计算得到初级匝数为2T，次级匝数为12T，升压比为6。 绕后将磁环接入电路，在空载时Buck电源能稳定输出12V。但是接入51Ω电阻作为测试负载后发现输出电压仅仅1.13V。51Ω的电阻作为负载，12V电压下消耗功率远未达到设计目标10W 现初步怀疑是设计阶段出了问题，楼主在下面贴上实测波形和详细的计算过程，希望有相关经验和知识的朋友能帮助我分析讨论。 分别测试了空载和带负载时磁环初级和次级的波形如下： 这是空载初级电压波形，脉冲平台期大约3V左右，输入电压是4.5V主要损耗应该是全桥的管压降。 空载次级电压波形，经过升压后平台期约11V左右（升压比为6）。 从空载波形上看，变压器初次级电压波形与设计目标基本一致。 这是带载后的初级电压波形，平台期电压接近1V。 这是带载后的次级电压波形，平台期电压5V左右，使LM2596-12无法正常工作。 对比带载前后的变压器波形，变压器未饱和，可以看出带载后变压器的初次级电压下降严重。是由于变压器功率不够？楼主很不解。反复检查了设计和计算过程，并没有发现错误。 下面贴上设计的计算过程： 步骤一：确定变压器设计的电源参数 输入电压Ui ：4.5V 变压器输出电压 ：20V 变压器工作频率fs：10kHz 电源输出功率Pi: 10 W 变压器工作占空比：50% 整流二极管压降 ：1V 变压器传输功率 ：80% 开关电源功率 ：80% 步骤二：确定初次级匝数比 步骤三：确定高频变压器磁芯材料 选择铁基纳米晶磁环作为磁芯材料，饱和磁感应强度Bs=1.25T，顽绞力1.2A/m，初始磁导率80000，电阻率115μΩ·cm. 步骤四：确定工作磁感应强度Bm 确定磁感应强度B需要考虑两个问题：当输入电压达到最高时磁芯不饱和，变压器温升满足要求。通常选择Bm=（1/3~1/2）Bs=1/3*1.2T=0.4T，考虑到剩磁Br，为避免磁芯饱和，Bm取0.2T。 步骤五：确定磁芯尺寸 磁芯制造商在生产磁芯时会将磁芯有效截面积和窗口面积的乘积（面积积）作为工作功率大小的标识。可传递的功率和面积积存在如下关系： 式中：Ae为磁芯有效截面积（cm2）；Aw为磁芯窗口截面积（cm2）；Pt为变压器视在功率（W）；ΔB为磁通密度变化量，双极性变换器为ΔB＝2Bm（T）（选择了磁芯后可以计算）；f为开关工作频率（Hz）；K为近似系数（正激、推挽中心抽头变压器取K=0.014；全桥、半桥变压器取K=0.017）。 计算变压器传输效率为 ， 将数据代入 选择King magnetics公司生产的30*20*10纳米晶磁环，其有效截面积Ae=0.47 cm2，窗口面积Aw约3.14 cm2。AP=Ae×Aw=1.476 cm4，远远大于所需传输功率对应的AP值。 步骤六：确定原边和副边的绕组匝数 计算初级线圈匝数 式中△B为一个周期内磁感应强度变化大小（T），△B=2Bm；Ae为磁芯有效截面积（cm2）；fs为变压器工作频率（Hz）。 代入数据，算的 取副边匝数 为12T， 取原边匝数 为2T。 步骤七：校验△B的可行性 由于线圈匝数少，楼主在计算过程中没有考虑绕制导线的内阻，原型机只采用了普通铜导线作为绕组材料，应该不会是次级线圈内阻大致的电压跌落。如图： 直观理解，接入空载和接入负载的区别在于变压器次级线圈电流从0变为一定值，次级电流产生的磁通会抵消一部分的初级线圈磁通。 根据公式可以推断初级线圈中的△B过小导致的电压下降，难道所选择的磁性有效截面积Ae过大？但是他是根据公式计算，线圈匝数、Ae、△B应该根据设计目标互相形成约束才对，或者是设计参数和实际制作上有何差别？ 本人第一次设计变压器，想能向有经验的朋友虚心请教探讨学习。 
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2 条评论
12个回答
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本帖最后由 lm12041204a 于 2019-11-21 00:54 编辑
好像楼主一直没有提 第1、2 两点： 1. 初级绕组实际电流； 2. DC4.5V电源的情况，内阻，最大输出电流，最大输出功率； 3. 对于变压器效率、磁通、磁饱和等问题，相较于电压，电流的影响是否更大一些呢？ 4. 初级绕组2T，次级12T，初级产生的磁通、磁场会不会足够大呢？ 如果是自己用微波炉变压器自制电焊机，次级1-2T能达到目的，那是因为初级绕组能够产生足够的磁感应强度，有足够的磁通传递足够的能量到次级绕组，反过来就不好说了。 为了产生足够的磁通传递能量，是否考虑在保持匝数比的情况下初、次级同步增加匝数并有足够的电流支撑呢。 5. 对于“4.5V→全桥→ 100kHz方波→环形磁芯升压→buck → 12V10W直流电压”，感觉有些费解。 还请仔细理一下需求和电路设计思路，才不至于后面混乱； 6. 另外，没看到上传的图片。
最佳答案
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2019-11-20 19:04:01
2 评论
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没有看到图片资料呀
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“稳定输出12V。但是接入51Ω电阻作为测试负载后发现输出电压仅仅1.13V。51Ω的电阻作为负载”
51Ω电阻负载分压1.13V，输出电流22.157mA，输出功率25mW； 输出内阻分压10.87V，电流22.157mA，内阻消耗功率240.8mW； 效率：9.4% |
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2019-11-21 01:15:58
1 评论
1 条评论
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输入电流够不够？
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功率不足，或者线路回路内阻大损耗功率导致其电压无法上去。另外也可能在主回路的线路layout太小，导致内阻大，无法大电流或电压带载。
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好东西，好东西，学习，学习
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谢谢楼主分享，路过看看
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你只说了4.5V升12V,10W,没说4.5V多少安,无论你怎么升,输入功率要大于输出功率,输入4.5V,输入电流要2安多.2596是降压,做升压不知电路是否改对了?
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看不到图片啊 ！带负载功率下降是不是带载能力不够啊
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关于proteus仿真逆变器，输入直流电48V，输出波形幅值不为48V的问题。
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