光伏拓扑图_麻省理工李巨NC-非中心对称晶体中的纯自旋光电流

大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏拓扑图_麻省理工李巨NC:非中心对称晶体中的纯自旋光电流的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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光伏电站监控系统怎么构建环网系统

1、环网拓扑结构设计：根据电站的容量大小和地理位置等条件，选择合适的环网结构，一般有星形、环形、网状结构等。不同的结构具有不同的优缺点，在设计时需要考虑系统的稳定性、可靠性、适应性等因素。

2、电站配电系统设计：将电站内发电部分和供电部分连接起来，设计适合光伏电站的配电系统，包括变压器、开关设备等。同时，还需要考虑电站对电网的影响，保证电网的稳定性。

3、选用适合的通讯设备：为了在环网系统中实现数据的实时传输和监控，需要选择适合的通讯设备，如光纤、以太网等。同时，还需要选择合适的通讯协议，如Modbus、DNP3等。

4、构建监控平台：在环网系统中，需要有一个监控平台来管理整个电站的运行情况。监控平台一般包括数据采集、数据处理、数据存储、数据展示等模块，以实现对光伏电站的监控、分析和管理。

5、光伏电站监控系统的拓展：随着光伏电站的不断发展，可能需要对监控系统进行拓展。例如，添加光伏电站的储能系统，或者增加光伏电站的接入电网。在拓展前需要充分考虑系统的兼容性和稳定性。

麻省理工李巨NC: 非中心对称晶体中的纯自旋光电流

由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现最佳方式的太阳能转换. 组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点

与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。 太阳能逆变器的效率指由于对可再生能源的需求，太阳能逆变器 (光电逆变器) 的市场正在不断增长。而这些逆变器需要极高的效率和可靠性。对这些逆变器中采用的功率电路进行了考察，并推荐了针对开关和整流器件的最佳选择。光电逆变器的一般结构如图1所示，有三种不同的逆变器可供选择。太阳光照射在通过串联方式连接的太阳能模块上，每一个模块都包含了一组串联的太阳能电池(Solar Cell)单元。太阳能模块产生的直流 (DC) 电压在几百伏的数量级，具体数值根据模块阵列的光照条件、电池的温度及串联模块的数量而定。

这类逆变器的首要功能是把输入的 DC电压转换为一稳定的值。该功能通过升压转换器来实现，并需要升压开关和升压二极管。在第一种结构中，升压级之后是一个隔离的全桥变换器。全桥变压器的作用是提供隔离。输出上的第二个全桥变换器是用来从第一级的全桥变换器的直流DC变换成交流 (AC) 电压。其输出再经由额外的双触点继电器开关连接到AC电网网络之前被滤波，目的是在故障事件中提供安全隔离及在夜间与供电电网隔离。第二种结构是非隔离方案。其中，AC交流电压由升压级输出的DC电压直接产生。第三种结构利用功率开关和功率二极管的创新型拓扑结构，把升压和AC交流产生部分的功能整合在一个专用拓扑中尽管太阳能电池板的转换效率非常低，让逆变器的效率尽可能接近100% 却非常重要。在德国，安装在朝南屋顶上的3kW串联模块预计每年可发电2550 kWh。若逆变器效率从95% 增加到 96%，每年便可以多发电25kWh。而利用额外的太阳能模块产生这25kWh的费用与增加一个逆变器相当。由于效率从95% 提高到 96% 不会使到逆变器的成本加倍，故对更高效的逆变器进行投资是必然的选择。对新兴设计而言，以最具成本效益地提高逆变器效率是关键的设计准则。至于逆变器的可靠性和成本则是另外两个设计准则。更高的效率可以降低负载周期上的温度波动，从而提高可靠性，因此，这些准则实际上是相关联的。模块的使用也会提高可靠性。 图1所示的所有拓扑都需要快速转换的功率开关。升压级和全桥变换级需要快速转换二极管。此外，专门为低频 (100Hz) 转换而优化的开关对这些拓扑也很有用处。对于任何特定的硅技术，针对快速转换优化的开关比针对低频转换应用优化的开关具有更高的导通损耗。

升压级一般设计为连续电流模式转换器。根据逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数量，来选者使用600V还是1200V的器件。功率开关的两个选择是MOSFET和 IGBT。一般而言，MOSFET比IGBT可以工作在更高的开关频率下。此外，还必须始终考虑体二极管的影响：在升压级的情况下并没有什么问题，因为正常工作模式下体二极管不导通。MOSFET的导通损耗可根据导通阻抗RDS(ON)来计算，对于给定的MOSFET系列，这与有效裸片面积成比例关系。当额定电压从600V 变化到1200V时，MOSFET的传导损耗会大大增加，因此，即使额定RDS(ON) 相当，1200V的 MOSFET也不可用或是价格太高。

对于额定600V的升压开关，可采用超结MOSFET。对高频开关应用，这种技术具有最佳的导通损耗。TO-220封装、RDS(ON) 值低于100毫欧的MOSFET和采用TO-247封装、RDS(ON) 值低于50毫欧的MOSFET。对于需要1200V功率开关的太阳能逆变器，IGBT是适当的选择。较先进的IGBT技术，比如NPT Trench 和 NPT Field Stop，都针对降低导通损耗做了优化，但代价是较高的开关损耗，这使得它们不太适合于高频下的升压应用。

在旧有NPT平面技术的基础上开发了一种可以提高高开关频率的升压电路效率的器件FGL40N120AND，具有43uJ/A的EOFF ，比较采用更先进技术器件的EOFF为80uJ/A，但要获得这种性能却非常困难。FGL40N120AND器件的缺点在于饱和压降VCE(SAT) (3.0V 相对于125ºC的 2.1V) 较高，不过它在高升压开关频率下开关损耗很低的优点已足以弥补这一切。该器件还集成了反并联二极管。在正常升压工作下，该二极管不会导通。然而，在启动期间或瞬变情况下，升压电路有可能被驱使进入工作模式，这时该反并联二极管就会导通。由于IGBT本身没有固有的体二极管，故需要这种共封装的二极管来保证可靠的工作。对升压二极管，需要Stealth? 或碳硅二极管这样的快速恢复二极管。碳硅二极管具有很低的正向电压和损耗。在选择升压二极管时，必须考虑到反向恢复电流 (或碳硅二极管的结电容) 对升压开关的影响，因为这会导致额外的损耗。在这里，新推出的Stealth II 二极管 FFP08S60S可以提供更高的性能。当VDD=390V、 ID=8A、di/dt=200A/us，且外壳温度为100ºC时，计算得出的开关损耗低于FFP08S60S的参数205mJ。而采用ISL9R860P2 Stealth 二极管，这个值则达225mJ。故此举也提高了逆变器在高开关频率下的效率。 MOSFET全桥滤波之后，输出桥产生一个50Hz的正弦电压及电流信号。一种常见的实现方案是采用标准全桥结构 (图2)。图中若左上方和右下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个正电压；右上方和左下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个负电压。对于这种应用，在某一时段只有一个开关导通。一个开关可被切换到PWM高频下，另一开关则在50Hz低频下。由于自举电路依赖于低端器件的转换，故低端器件被切换到PWM高频下，而高端器件被切换到50Hz低频下。这应用采用了600V的功率开关，故600V超结MOSFET非常适合这个高速的开关器件。由于这些开关器件在开关导通时会承受其它器件的全部反向恢复电流，因此快速恢复超结器件如600V FCH47N60F是十分理想的选择。它的RDS(ON) 为73毫欧，相比其它同类的快速恢复器件其导通损耗很低。当这种器件在50Hz下进行转换时，无需使用快速恢复特性。这些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性，比较标准超结MOSFET可提高系统的可靠性。

另一个值得探讨的选择是采用FGH30N60LSD器件。它是一颗饱和电压VCE(SAT) 只有1.1V的30A/600V IGBT。其关断损耗EOFF非常高，达10mJ ，故只适合于低频转换。一个50毫欧的MOSFET在工作温度下导通阻抗RDS(ON) 为100毫欧。因此在11A时，具有和IGBT的VCE(SAT) 相同的VDS。由于这种IGBT基于较旧的击穿技术，VCE(SAT) 随温度的变化不大。因此，这种IGBT可降低输出桥中的总体损耗，从而提高逆变器的总体效率。FGH30N60LSD IGBT在每半周期从一种功率转换技术切换到另一种专用拓扑的做法也十分有用。IGBT在这里被用作拓扑开关。在较快速的转换时则使用常规及快速恢复超结器件。对于1200V的专用拓扑及全桥结构，前面提到的FGL40N120AND是非常适合于新型高频太阳能逆变器的开关。当专用技术需要二极管时，Stealth II、Hyperfast? II 二极管及碳硅二极管是很好的解决方案。

有懂逆变器的吗？我想问一下关于并网逆变器输出电压的问题

第一作者：Haowei Xu,

通讯作者： Ju Li

通讯单位：麻省理工学院

自旋电流发生器是基于自旋电子学的信息处理的关键组件。最近，麻省理工学院李巨等人在国际知名期刊“ Nature Communications "发表题为“ Pure spin photocurrent in non-centrosymmetric crystals: bulk spin photovoltaic effect ”的研究论文。在这项工作中，他们从理论上和计算上研究了在光照下产生 DC 自旋电流的本体自旋光伏 (BSPV) 效应。BSPV 的唯一要求是反转对称性破坏，因此它适用于广泛的材料，并且可以很容易地与现有的半导体技术集成。BSPV 效应是体光伏 (BPV) 效应的近亲，即在光照下产生直流充电电流。由于自旋和充电电流的不同选择规则，如果体系具有镜像对称或反镜像对称，则可以实现纯自旋电流。还阐明了 BSPV 的机制和电子弛豫时间 τ 的作用。他们将他们的理论应用于几种不同的材料，包括单层过渡金属二硫属化物、反铁磁双层 MnBi2Te4 和拓扑晶体绝缘体立方 SnTe 的表面。

图1：纯自旋和充电电流的示意图

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24541-7

求如何制作开关电源高频变压器呀？我做的09年光伏并网发电模拟装置的题呀！

太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网 控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆 变器的并网原理及主要控制方式。 太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网 控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。

1 引言：

随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源 已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为 人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能 等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式 得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的 水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问 题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定 冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生 能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210 亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分 地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国 大力开发太阳能潜力巨大。

太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用广 泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100 多年前的“光生伏打现象”。 太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013 年安装成本可降至1.5 美元/Wp，电价成本为6 美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。

本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。

2 并网型光伏系统结构

图1 所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。

太阳能控制逆变器及并网成套设备，主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送电网，监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛效应的保护，并及时与上位机通讯传递能量传输信息。

3 太阳能控制器及其原理

3.1 太阳能电池组件模型

图2 所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中，Iph是光生电流，Iph值与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关。ID为暗电流。没有太阳光照射的情况下，硅型太阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光照条件下，在外电压的作用下PN结流过的单向电流。v为开路电压，RS为串联电阻一般小于1 欧姆，RSH为旁路电阻为几十千欧。

光伏电池的理想模型可由下式表示：

其中，v 为电池板热电势。

图3 表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输出的最大功率。太阳能电池板在高输出电压区域，具有低内阻特性，可以视为一系列不同等级的电压源；在低输出电压区域内，该电源有高内阻特性，可以视为不同等级的电流源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度保持不变的情况下，这个极大功率值会随着光照强度的变化而变化，最大功率跟踪要求能够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。

3.2 太阳能控制器电路拓扑

图4 为太阳能控制器的电路拓扑结构，从原理上说是以及升压斩波器，通过调整开关器件S 的占空比，调节电池板的等效负载阻抗，实现对电池板的最大功率跟踪功能。

3.3 最大功率跟踪方法

最大功率跟踪技术有两种技术路线：其一是CVT 技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是MTTP 技术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的MPPT 技术。目前，常用的MTTP 方法有两种。

（A ）干扰观测法（PO）：

干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压，如果检测到输出功率减小，则改变电压变化的方向，这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点。如果采用DC/DC 变换器实现MPPT 控制，在具体实施时应通过对占空比施加扰动来调节光伏阵列输出电压或电流，从而达到跟踪最大功率点的目的。如果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率损失，采用较小的步长则正好相反。

（B）电导增量法（INC）：

光伏电池在最大功率点Pm处dP/dU=0，在Pm两端dP/dU均不为0。

而

则有

要使输出功率最大，必须满足（4 ）式，使阵列的电导变化率等于负的电导值。首先假设光伏阵列工作在一个给定的工作点，然后采样光伏阵列的电压和电流，计算Δv =v (n) - v (n-1)和Δi =i (n) - i (n-1)，其中(n)表示当前采样值，(n-1)为前一次的采样值；如果Δv=0，则利用Δi 的符号判断最大功率点的位置；如果Δv≠0，则依据Δi /Δv +I /V 的符号判断。

这种跟踪法最大的优点是当光伏电池的光照强度发生变化时，输出端电压能以平稳的方式追随其变化，电压波动较扰动观测法小。缺点是其算法较为复杂，对硬件的要求特别是对检测元件的精度要求比较高，因而整个系统的硬件成本会比较高。

4 太阳能逆变器及其工作原理

太阳能逆变器的电路拓扑如图5 所示，5-a)是单相并网逆变器电路拓扑，5-b)是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。

4.1 电路的基本工作原理

以图6 的单相光伏逆变电路分析。

按照正弦波和载波比较方式对S -S 进行控制，交流侧AB处产生SPWM波1 4 ，u 中含有基波分量和高次谐波，在L 的滤波作用下高次谐波可以忽略，当

AB AB Su 的频率与电网一致时，i 也是和电网一致的正弦波。在电源电压一定的条件下，

AB s i 的幅值和相位仅有u 的基波的幅值和相位决定，这样电路可以实现整流、逆变

s AB以及无功补偿等作用。图7 所示是电路的运行向量图，其中7-a)是整流运行，7-b)是逆变运行，7-c)是无功补偿运行，7-d)是I 超前φ角运行。单相光伏逆变器工作

s 在7-b)状态。

4.2 电路的基本控制方法

光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，按照图7 的向量关系控制输出电流，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统鲁棒性好，得到广泛应用。

5 监控保护单元简介

监控保护单元的主要作用有：

保护发电设备的安全以及电网的安全；

型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用；

区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。

5.1 并网保护装置

并网保护装置主要实现以下保护功能：低电压保护、过电压保护、低频率保护、国频率保护、过电流保护以及孤岛保护策略等内容。通常大型光伏电站需要设置冗余保护装置，保证系统故障时及时处理。

5.2 孤岛检测技术

孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电的孤岛状态时电网将不再控制这个电力孤岛的电压和频率。孤岛效应会对光伏发电系统与电网的重连接制造困难，同时可能引起电气元件以及人身安全危害，因此孤岛效应必须避免。目前常用的孤岛效应检测方法主要有两种，分别是被动检测方法和主动式检测方法。

(A)被动式孤岛检测：

孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检测盲区。

（B ）主动式孤岛检测：

主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（AFD ），其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。另外，频率扰动会引起输出电流波形的畸变，同时分析发现，当需要进行电能质量治理时，频率的扰动会对谐波补偿效果造成较严重的影响。智能电量管理及系统状况监控系统大型光伏电站由于地处偏远地区，常常为无人值守电站。为了准确计量电站的电能输出及系统运行状况需要设立智能电量管理及系统状况监控系统。系统往往基于计算机数据处理平台以及互联网技术将分散的发电系统信息收集到集中控制中心进行数据分析处理工作，这部分的工作原理及系统结构在本文中不在详述。

6 结语

本文主要介绍了光伏并网系统的结构，分析了其主要组成部件的系统框图、功能。给出了最大功率跟踪的基本原理，分析了光伏逆变器的主要电路拓扑结构及控制方式。太阳能光伏发电技术作为有可能彻底改变人们生活的朝阳技术，拥有美好的未来，让我们共同期待光伏技术在明天为人类做出更大的贡献。

频变压器制作与技术参数

脉冲变压器也可称作开关变压器，或简单地称作高频变压器。在传统的高频变压器设计中，由于磁芯材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电 源技术的不断发展，电源系统的小型化、高频化和大功率化已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积、提 高电源输出功率比的关键因素。

随着应用技术领域的不断扩展，开关电源的应用愈来愈广泛，但制作开关电源的主要技术和耗费主要精力就是制作开关变压器的部件。

开关变压器与普通变压器的区别大致有以下几点：

(1)电源电压不是正弦波，而是交流方波，初级绕组中电流都是非正弦波。

(2)变压器的工作频率比较高，通常都在几十赫兹，甚至高达几十万赫兹。在确定铁芯材料及损耗时必须考虑能满足高频工作的需要及铁芯中有高次谐波的影响。

(3)绕组线路比较复杂，多半都有中心抽头。这不仅增大了初级绕组的尺寸，增大了变压器的体积和重量，而且使绕组在铁芯窗口中的分布关系发生变化。

图1 开关电源原理图

本 文介绍了一款如图1所示的DC—DC变换器，输入电压为直流24V，输出电压分别为5V及12V的多路直流输出。要求各路输出电流都在lA以上，核心器件 是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842，最高工作频率可达200kHz。根据锌锰铁氧体合金的优异 电磁性能，通过具体示例介绍工作频率为100kHz的高频开关电源变压器的设计及注意事项。

2变压器磁芯的选择与工作点的确定

2．1 磁芯材料的选择

从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁芯的材料只有从坡莫合金、铁氧体材料、钴基非晶态合金和超微晶合金几种材料中来考虑。坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强度Bs也不是很高，且加工工艺复杂。考虑到我们所要求的电源输出功率并不高，大约为30W，因此，综合几种材料的性能比较，我们还是选择了饱和磁感应强度Bs较高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的性价比较低的锌锰铁氧体材料，并选以此材料作为框架的EI28来绕制本例中的脉冲变压器。

2．2工作点的确定

根 据相关资料，EC35输出功率为50W，饱和磁感应强度大约在2000Gs左右。买来的磁芯，由于厂家提供的磁感应强度月，值并不准确，可用图2所提供的 方式粗略测试一下。将调压器接至原线圈，用示波器观察副线圈输出电压波形。将原线圈的输入电压由小到大慢慢升高，直到示波器显示的波形发生奇变。此时，磁 芯已饱和，根据公式：

U＝4．44fN1Φ m可推知在工频时的Φ m值。要求不高时，可根据测算出的Φ m，粗略估算出原线圈的匝数， 。

图2 工作点测试示意图

3 变压器主要参数的计算

本 例中的变换器采用单端反激式工作方式，单端反激变换器在小功率开关电源设计中应用非常广泛，且多路输出较方便。单端反激电源的工作模式有两种：电流连续模 式和电流断续模式。前者适用于较小功率，副边二极管存在没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较大；后者MOS管的峰值电流相对较小，但存在副边 二极管的反向恢复问题，需要给二极管加吸收电路。这两种工作模式可根据实际需求来选择，本文采用了后者。

设计变压器时大多需要考虑下面问题：变换器频率f(H2)；初级电压U1(V)，次级电压U2(V)；次级电流i2(A)；绕组线路参数n1、，n2；温升τ(℃)；绕组相对电压降u；环境温度τHJ(℃)；绝缘材料密度γz(g／cm3)

1)根据变压器的输出功率选取铁芯，所选取的铁芯的户，值应等于或大于给定值。

2)绕组每伏匝数

(1)

ST是铁芯的截面积；kT是窗口的填充系数；

3)初级绕组电势

E1＝U1(1－ ) (2)

4)初级绕组匝数

W1＝W0El (3)

5)次级绕组电势

E2i＝U2i (1+ ) (4)

6)次级绕组匝数

W2i＝W0E2i (5)

7)初级绕组电流

(6)

8)次级绕组电流

(7)

其中，n1、n2：分别是初级绕组和次级绕组的每层匝数。

9)初级绕组线径

(8)

10)次级绕组线径

(9)

其中，j是电流密度。

详细的变压器设计方法与计算相当复杂，本文参照经验公式，依据下面的步骤设计了本例转换器中的高频变压器。

3．1 确定变压器的变比

根据输出电压U0的关系式

(10)

得变比为

(11)

式中UD为整流器输出的直流电压。

本例中UD＝24V，f为100kHz，tON取0．5；n＝2。

3．2 计算初级线圈中的电流

已知输出直流电压U0＝±12V、5V，负载电流均为I0＝lA，则输出功率

P0＝P1+P2+P3＝29W

开关电源的效率η一般在60～90%之间，本例取η＝0．65，则输入功率为

初级的平均电流为

假定初级线圈的初始电流为零，那么，在开关管的导通期tON里，初级线圈中的电流心便从零开始线性增长到峰值I1P

3．3 计算初级绕组圈数N1

初级绕组的最小电感L1为

根据输出功率P的大小，选用适当的磁芯，其形状用环形、EI形或罐形均可，本例采用EI28，该类型的铁芯在f＝50kHz时，功率可达到60W，在f＝100kHz时，输出功率可达到90W。

式中Ilp—初级线圈峰值电流，A；

L1—初级电感，H；

S—磁芯截面积，mm2；

Bm—磁芯最大磁通密度，T。

3．4 计算次级绕组圈数N2

即±12V分别绕5匝，5V绕3匝。

3．5 反馈绕组N3的估算

反馈绕组匝数的确定，要求既能保证开关元件的饱和导通又不至于造成过大损耗。根据UC3842的要求，反馈绕组的输出电压应在13V左右。因此，

3．6 导线线径的选取

根据输入输出的估算，初线线圈的平均电流值应该允许达到2A。

1)初级绕组

初级绕组的线径可选d＝0．80mm，其截面积为0．5027mm2的圆铜线。

2)次级绕组

次级绕组的线径可根据各组输出电流的大小，利用原级相同线径采用多股并绕的办法解决。为了方便线圈绕制，也可选用线径较粗的导线。由于工作频率较高，应考虑集肤效应的影响。

3．7 线圈绕制与绝缘

绕制开关变压器最重要的问题是想办法使初、次级线圈紧密地耦合在一起，这样可以减小变压器漏感，因为漏感过大，将会造成较大的尖峰脉冲，从而击穿开关管。因此，在绕制高频变压器线圈时，应尽量使初、次级线圈之间的距离近些。

具体可采用以下方法：

(1)双线并绕法

将初、次级线圈的漆包线合起来并绕，即所谓双线并绕。这样初、次级线间距离最小，可使漏感减小到最小值。但这种绕法不好绕制，同时两线间的耐压值较低。

(2)逐层间绕法

为克服并绕法耐压低、绕制困难的缺点，用初、次级分层间绕法，即1、3、5行奇数层绕初级绕组，2、4、6等偶数层绕次级绕组。这种绕法仍可保持初、次级间的耦合，又可在初、次级间垫绝缘纸，以提高绝缘程度。

(3)夹层式绕法

把次级绕组绕在初级绕组的中间，初级分两次绕。这种绕法只在初级绕组中多一个接头，工艺简单，便于批量生产。

本 例中，为减小分布参数的影响，初级采用双线并绕连接的结构，次级采用分段绕制，串联相接的方式，即所谓堆叠绕法。降低绕组间的电压差，提高变压器的可靠 性。在变压器的绝缘方面，线圈绝缘应尽量选用抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸，提高初、次级之间的绝缘强度和抗电晕能力，本例中，因为不涉及高 压，绝缘问题不必特殊考虑。

4 结束语

绕 制脉冲变压器是制作开关电源的重要工作，也是设计与制作过程中消耗大量时间和主要精力的工作。变压器做得好，整个设计与制作工作就完成了70%以上。做得 不好，可能就会出现停振、啸叫或输出电压不稳、负载能力不高等现象。在变压器的温升<35℃，绕制良好的脉冲变压器的工作效率可达到90%以上，且 波形质量优异，电性能参数稳定。在100kHz的使用条件下，脉冲变压器的体积可以大大减小。绕制变压器时，要尽最大的努力保证以下几点：

(1)即使输入电压最大，主开关器件导通时间最长，也不至于使变压器的磁芯饱和；

(2)初级线圈与次级线圈的耦合要好，漏电感要小；

(3)高频开关变压器会因集肤效应导致电线的电阻值增大，因而要减小电流密度。通常，工作时的最大磁通密度取决于次级线圈。

(12)

(4)一般来说，采用铁氧体磁芯E128时，要把Bm控制在3kGs以下。