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杜佐兵
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反激變換器的設(shè)計(jì)連載-反饋環(huán)路控制分析與設(shè)計(jì)
反激變換器的設(shè)計(jì)連載-RCD吸收電路設(shè)計(jì)
<75W反激變換器的設(shè)計(jì)連載1
<75W反激變換器的設(shè)計(jì)連載2
<75W反激變換器的設(shè)計(jì)連載3(關(guān)鍵設(shè)計(jì)部分)
FLY反激變換器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)&工作模式分析
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<75W反激變換器的設(shè)計(jì)連載1

我以我們自己的IC進(jìn)行設(shè)計(jì)分析說(shuō)明:

基本的反激變換器原理圖如下所示,在需要對(duì)輸入輸出進(jìn)行電氣隔離的低功率<75W~的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用場(chǎng)合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Topology)。簡(jiǎn)單、可靠、低成本、易于實(shí)現(xiàn)是反激變換器突出的優(yōu)點(diǎn);后面我將電源的關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明!

在設(shè)計(jì)時(shí),我前面有講過(guò)開(kāi)關(guān)電源的EMI濾波器的設(shè)計(jì),就不再分析濾波器的設(shè)計(jì)。我先來(lái)分析開(kāi)關(guān)電源的安全安規(guī)器件的設(shè)計(jì)。

★認(rèn)證關(guān)于X,Y電容

根據(jù)IEC 60384-14,電容器分為X電容及Y電容

1.X電容是指跨于L-N之間的電容器

2.Y電容是指跨于L-G/N-G之間的電容器。(L=Line, N=Neutral, G=Ground)

X電容底下又分為X1, X2, X3,主要差別在于:

1.X1耐高壓大于2.5kV, 小于等于4 kV

2.X2耐高壓小于等于2.5kV

3.X3耐高壓小于等于1.2kV

Y電容底下又分為Y1,Y2, Y3,Y4, 主要差別在于:

1.Y1耐高壓大于8kV

2.Y2耐高壓大于5kV

3.Y3耐高壓 大于3.5KV

4.Y4耐高壓大于2.5kV

★開(kāi)關(guān)電源關(guān)于X,Y電容應(yīng)用特點(diǎn)

X,Y電容都是安規(guī)電容,火線(xiàn)零線(xiàn)間的是X電容,火線(xiàn)與地間的是Y電容。它們用在電源濾波器里,起到電源濾波作用,分別對(duì)共模、差模工擾起濾波作用。安規(guī)電容是指用于這樣的場(chǎng)合,即電容器失效后,不會(huì)導(dǎo)致電擊,不危及人身安全。安規(guī)電容安全等級(jí)應(yīng)用中允許的峰值脈沖電壓、過(guò)電壓等級(jí)(IEC664)X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— 安規(guī)電容安全等級(jí)、絕緣類(lèi)型、額定電壓范圍。

★開(kāi)關(guān)電源關(guān)于X,Y電容絕緣等級(jí)

Y1 雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣 ≥250V

Y2 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V

Y3 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V

Y4 基本絕緣或附加絕緣 <150V

Y電容的電容量必須受到限制,從而達(dá)到控制在額定頻率及額定電壓作用下,流過(guò)它的漏電流的大小和對(duì)系統(tǒng)EMC性能影響的目的。

GJB151規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。

①工作在亞熱帶的機(jī)器,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.7mA

②工作在溫帶機(jī)器,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.35mA

③因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^(guò)4700PF(472)

 

★壓敏電阻的設(shè)計(jì)選擇應(yīng)用及測(cè)量

壓敏電阻一般并聯(lián)在電路中使用,當(dāng)電阻兩端的電壓發(fā)生急劇變化時(shí),電阻短路將電流保險(xiǎn)絲熔斷,起到保護(hù)作用。壓敏電阻在電路中,常用于電源過(guò)壓保護(hù)和穩(wěn)壓。測(cè)量時(shí)將萬(wàn)用表置10k檔,表筆接于電阻兩端,萬(wàn)用表上應(yīng)顯示出壓敏電阻上標(biāo)示的阻值,如果超出這個(gè)數(shù)值很大,則說(shuō)明壓敏電阻已損壞。

★壓敏電阻標(biāo)稱(chēng)參數(shù)

壓敏電阻用字母“MY”表示,如加J為家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過(guò)壓保護(hù)、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流,在用作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用,一般選擇標(biāo)稱(chēng)壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。

★壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓選取

一般地說(shuō),壓敏電阻器常常與被保護(hù)器件或裝置并聯(lián)使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應(yīng)低于標(biāo)稱(chēng)電壓,即使在電源波動(dòng)情況最壞時(shí),也不應(yīng)高于額定值中選擇的最大連續(xù)工作電壓,該最大連續(xù)工作電壓值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)電壓值即為選用值。對(duì)于過(guò)壓保護(hù)方面的應(yīng)用,壓敏電壓值應(yīng)大于實(shí)際電路的電壓值,一般應(yīng)使用下式進(jìn)行選擇:

VmA=av/bc

式中:a為電路電壓波動(dòng)系數(shù),一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時(shí)為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85;c為元件的老化系數(shù),一般取0.9;

這樣計(jì)算得到的VmA實(shí)際數(shù)值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態(tài)下還要考慮峰值,因此計(jì)算結(jié)果應(yīng)擴(kuò)大1.414倍。

★壓敏電阻的壓敏電壓

即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值,大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值,其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等??筛鶕?jù)具體需要正確選用。

一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的,它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命。如一臺(tái)用電器的額定電源電壓為220V,則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間。

VmA=av/bc

式中:a為電路電壓波動(dòng)系數(shù),一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時(shí)為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85;c為元件的老化系數(shù),一般取0.9。

這樣計(jì)算得到的VmA實(shí)際數(shù)值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態(tài)下還要考慮峰值,因此計(jì)算結(jié)果應(yīng)擴(kuò)大1.414倍。

★壓敏電阻參數(shù)表如下:

我常用的S14K350器件參數(shù)如下:

★安全保險(xiǎn)絲

1作用:安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時(shí),為了保護(hù)核心器件不受到損壞。

2技術(shù)參數(shù):額定電壓V、額定電流I、熔斷時(shí)間I^2RT。

3分類(lèi):快斷、慢斷、常規(guī)。

1、0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值

2、Po輸出功率

3、η 效率(設(shè)計(jì)的評(píng)估值)

4、Vinmin 最小的輸入電壓

5、2為經(jīng)驗(yàn)值,在實(shí)際應(yīng)用中,保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.5~3倍

6、0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值。0.95帶PFC 估值!

目前我們大多采用慢熔保險(xiǎn)絲;其時(shí)間—電流特性如下:

★熱敏電阻NTC

1作用:有效的抑制開(kāi)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。2技術(shù)參數(shù):以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。

電阻值隨溫度的變化呈現(xiàn)非線(xiàn)性變化,電阻值隨溫度升高而降低。3公式解釋說(shuō)明:

1. Rt 是熱敏電阻在T1溫度下的阻值;

2. Rn是熱敏電阻在Tn常溫下的標(biāo)稱(chēng)阻值;

3. B是材質(zhì)參數(shù);(常用范圍2000K~6000K)

4. exp是以自然數(shù) e 為底的指數(shù)( e =2.{{71828:0}} );

5. 這里T1和Tn指的是K度即開(kāi)爾文溫度,K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度.

 

上述的基本安全安規(guī)基本知識(shí)掌握后;接下來(lái)再參考如下所示的設(shè)計(jì)步驟,一步一步設(shè)計(jì)反激開(kāi)關(guān)變換器

反激變換器的設(shè)計(jì)步驟

我以我們的IC進(jìn)行設(shè)計(jì)分析說(shuō)明:

基本的反激變換器原理圖如下所示,在需要對(duì)輸入輸出進(jìn)行電氣隔離的低功率<75W~的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用場(chǎng)合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Topology)。簡(jiǎn)單、可靠、低成本、易于實(shí)現(xiàn)是反激變換器突出的優(yōu)點(diǎn);接下來(lái)我將電源的關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明!

 我們先來(lái)確定系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù),進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源最前端的整流濾波設(shè)計(jì);

--輸入電壓范圍:Vinmin_AC 及Vinmax_AC

--電網(wǎng)頻率:50HZ/60HZ(國(guó)內(nèi)為50Hz)

--輸出功率:(等于各路輸出功率之和)

--初步估計(jì)變換器效率:η(低壓輸出時(shí),η取0.7~0.75,高壓輸出時(shí),η取0.8~0.87)根據(jù)預(yù)估效率,估算輸入功率:

對(duì)多路輸出,定義KL(n)為第n 路輸出功率與輸出總功率的比值:

原理圖設(shè)計(jì)要求:90VAC-265VAC的全電壓范圍;

對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算應(yīng)用 100VRMS–Min 來(lái)計(jì)算輸入電解電容的紋波電流

輸出規(guī)格:

12V-2A  & 110V/0.42A

使用基本計(jì)算公式;我們將計(jì)算公式進(jìn)行EXCEL軟件便于修改參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修改,從而確定最佳參數(shù)設(shè)計(jì)!

計(jì)算參考如下:

再來(lái)提供給大家快速設(shè)計(jì)的理論分析

對(duì)于整流電路-輸入整流橋有兩種大的工作模式:

★輸入主電解電容的設(shè)計(jì);其跟輸出的功率有關(guān)!

依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)通常,對(duì)于寬輸入電壓(85~265VAC),取2~3μF/W;對(duì)窄范圍輸入電壓(176~265VAC),取1μF/W 即可,電容充電占空比Dch 一般取0.2 即可。

上圖為實(shí)際工作的大電解電容的充放電波形;只有T1時(shí)間是在給電容充電!

 

對(duì)于我們的FLY-IC的設(shè)計(jì)應(yīng)用;我給出如下參考應(yīng)用:

通過(guò)上面的基礎(chǔ)理論;我們還可以根據(jù)實(shí)際的用戶(hù)需求;如電容保持時(shí)間!特別是我們的供電系統(tǒng)做輸入電壓跌落試驗(yàn)時(shí)提出要求時(shí):

◆AC輸入電壓通過(guò)二極管橋堆整流成為DC電壓 

◆為了提供必要的輸出功率,DC電壓需要確保為多少?

(根據(jù)容許紋波要求)需要上面的公式進(jìn)行計(jì)算!

但是多數(shù)情況下,考慮到瞬間停電時(shí)的輸出保持時(shí)間來(lái)選擇參數(shù),要比通過(guò)容許紋波選擇的容量值更大。

因此,優(yōu)先考慮通過(guò)輸出保持的容量選擇。

◆瞬時(shí)停電時(shí)能夠保持輸出電壓?理論計(jì)算公式:

T:保持時(shí)間?。睿盒省 。?OUT):輸出功率

C:電解電容容量 Vin(DC)Min:輸入電壓Min值

Vin(DC)S:能夠提供電源控制的輸入電壓

因此對(duì)于開(kāi)關(guān)電源前面輸入的整流濾波回路的設(shè)計(jì)參數(shù)可以確定:

我以我們的IC進(jìn)行設(shè)計(jì)分析說(shuō)明:

基本的反激變換器原理圖如下所示,在需要對(duì)輸入輸出進(jìn)行電氣隔離的低功率<75W~的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用場(chǎng)合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Topology)。簡(jiǎn)單、可靠、低成本、易于實(shí)現(xiàn)是反激變換器突出的優(yōu)點(diǎn);接下來(lái)我將電源的關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明!

前面已經(jīng)弄清楚后,我們?cè)賮?lái)進(jìn)行圍繞開(kāi)關(guān)MOS的成本及可靠性方面;計(jì)算變壓器的關(guān)鍵參數(shù),搞定FLY的主架構(gòu)的設(shè)計(jì)!

我的IC工作頻率67KHZ

(我們的IC有多種頻率可選67KHZ/100KHZ/130KHZ等)

目前的設(shè)計(jì)選擇為各廠家通用的工作頻率67KHZ;采用PWM+PFM控制模式,系統(tǒng)有較好的效率;較好的待機(jī)功耗等!

在設(shè)計(jì)之前,我先來(lái)回復(fù)客戶(hù)常問(wèn)我的一個(gè)問(wèn)題:開(kāi)關(guān)電源為什么常常選擇67K或者100K左右范圍作為開(kāi)關(guān)頻率,有的人會(huì)說(shuō)IC廠家都是生產(chǎn)這樣的IC,當(dāng)然這也有原因。每個(gè)電源的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)決定什么?對(duì)于多年的IC及各廠家的IC應(yīng)用研究,我提出我的看法:

我們應(yīng)該從這幾個(gè)方面去思考原因:

A.有人說(shuō)頻率高了EMC不好過(guò),一般來(lái)說(shuō)是這樣的,但這不是必然,

EMC與頻率確實(shí)有關(guān)系,但不是必然。

高頻率的IC的EMI我有經(jīng)常指導(dǎo)客戶(hù)搞定它!

B.先來(lái)想象我們的電源開(kāi)關(guān)頻率提高了,直接帶來(lái)的影響是什么?

注意:當(dāng)然是MOS開(kāi)關(guān)損耗增大,因?yàn)閱挝粫r(shí)間開(kāi)關(guān)次數(shù)增多了。

如果頻率減小了會(huì)帶來(lái)什么?開(kāi)關(guān)損耗是減小了,但是我們的儲(chǔ)能器件單周期提供的能量就要增多,勢(shì)必需要的變壓器磁性要更大,儲(chǔ)能電感要更大了。

選取在67K到100K左右就是一個(gè)比較合適的經(jīng)驗(yàn)折中,

電源就是在折中合理化折中進(jìn)行。

目前市場(chǎng)上的大多數(shù)IC的功能及引腳定義都相同;通用的工作頻率及引腳定義為產(chǎn)品的通用設(shè)計(jì)帶來(lái)便利;提高了設(shè)計(jì)和同類(lèi)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換機(jī)率!C.假如在特殊情形下,輸入電壓比較低,開(kāi)關(guān)損耗已經(jīng)很小了,還在乎這點(diǎn)開(kāi)關(guān)損耗嗎,那我們就可以提高開(kāi)關(guān)頻率,起到減小磁性器件體積的目的。 D.我們使用過(guò)PI的電源IC;在未來(lái)追求系統(tǒng)成本,其開(kāi)關(guān)頻率為132KHZ;可使用小的變壓器結(jié)構(gòu)優(yōu)化電源體積;

注意:開(kāi)關(guān)電源的頻率的選擇怎么做都可以,只要能合理使用。能給你的設(shè)計(jì)帶來(lái)高的設(shè)計(jì)可靠性及通用性,降低設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本是最關(guān)鍵的!

進(jìn)入正題

FLY-開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)我們經(jīng)常會(huì)工作在下圖示的狀態(tài);DCM與CCM模式;

FLY-反激變換器有兩種運(yùn)行模式:電感電流連續(xù)模式(CCM)和電感電流斷續(xù)模式(DCM)。兩種模式各有優(yōu)缺點(diǎn),相對(duì)而言,DCM 模式具有更好的開(kāi)關(guān)特性,次級(jí)整流二極管零電流關(guān)斷,因此不存在CCM 模式的二極管反向恢復(fù)的問(wèn)題。

此外,同功率等級(jí)下,由于DCM模式的變壓器比CCM 模式存儲(chǔ)的能量少,故DCM 模式的變壓器尺寸更小。但是,相比較CCM 模式而言,DCM 模式使得初級(jí)電流的RMS 增大,這將會(huì)增大MOS 管的導(dǎo)通損耗,同時(shí)會(huì)增加次級(jí)輸出電容的電流應(yīng)力。

因此,CCM 模式常被推薦使用在低壓大電流輸出的場(chǎng)合,DCM 模式常被推薦使用在高壓-小電流輸出的場(chǎng)合。

 

對(duì)CCM 模式反激變換器而言,輸入到輸出的電壓增益僅僅由占空比決定。而DCM 模式反激變換器,輸入到輸出的電壓增益是由占空比和負(fù)載條件同時(shí)決定的,這使得DCM模式的電路設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜。但是,如果我們?cè)贒CM 模式與CCM模式的臨界處(BCM 模式)、輸入電壓最低(Vinmin_DC)、滿(mǎn)載條件下,設(shè)計(jì)DCM 模式反激變換器,就可以使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化。于是,無(wú)論反激變換器工作于CCM 模式,還是DCM 模式,我們都可以按照CCM模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

我的設(shè)計(jì) 迭代計(jì)算結(jié)果如下:

進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí);幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)參考下圖

MOS 管關(guān)斷時(shí),輸入電壓Vin 與次級(jí)反射電壓nVo 共同疊加在MOS的DS 兩端。最大占空比Dmax 確定后,反射電壓Vor(即nVo)、次級(jí)整流二極管承受的最大電壓VD 以及MOS 管承受的最大電壓Vdsmax,可由下式得到:

通過(guò)上面公式,可知:

Dmax 取值越小,Vor 越小,進(jìn)而MOS 管的應(yīng)力越小,

然而,次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力卻增大。

因此,我們應(yīng)當(dāng)在保證MOS 管的足夠裕量的條件下,盡可能增大Dmax,來(lái)降低次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力。

Dmax的取值,應(yīng)當(dāng)保證Vdsmax不超過(guò)MOS管耐壓等級(jí)的80%;同時(shí),對(duì)于峰值電流模式控制的反激變換器,CCM 模式條件下,當(dāng)占空比超過(guò)0.5 時(shí),會(huì)發(fā)生次諧波震蕩。綜合考慮,對(duì)于耐壓值為650V的MOS管,設(shè)計(jì)中,Dmax 不超過(guò)0.5 為宜。迭代計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)請(qǐng)參考我的EXCEL計(jì)算表格!

 

我們IC的規(guī)格書(shū)中,細(xì)心的開(kāi)發(fā)者會(huì)注意到最大占空比的說(shuō)明:

說(shuō)明我在應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí),允許最大占空比會(huì)達(dá)到75%;當(dāng)我們反激的占空比大于50%會(huì)帶來(lái)什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?反激的占空比大于50%意味著什么,占空比影響哪些因素?

 

第一:占空比設(shè)計(jì)過(guò)大,首先帶來(lái)的是匝比增大,

主MOS管的應(yīng)力必然提高。

一般反激選取600V或650V以下的MOS管,成本考慮。

占空比過(guò)大勢(shì)必承受不起。上面通過(guò)公式已經(jīng)有很好的說(shuō)明了。第二點(diǎn):很重要的是很多人知道,需要斜坡補(bǔ)償,否則環(huán)路震蕩。

IC一般都有這個(gè)功能如下:

不過(guò)這也是有條件的,右平面零點(diǎn)的產(chǎn)生需要工作在CCM模式下,如果設(shè)計(jì)在DCM模式下也就不存在這一問(wèn)題了。后面再講電源的補(bǔ)償設(shè)計(jì)!

這也是小功率為什么設(shè)計(jì)在DCM模式下的其中一個(gè)原因。當(dāng)然我們?cè)O(shè)計(jì)足夠好的環(huán)路補(bǔ)償也能克服這一問(wèn)題。

當(dāng)然在特殊情形下也需要將占空比設(shè)計(jì)在大于50%,單位周期內(nèi)傳遞的能量增加,可以減小開(kāi)關(guān)頻率,達(dá)到提升效率的目的,如果反激為了效率做高,可以考慮這一方法。 

我們?cè)谠O(shè)計(jì)反激開(kāi)關(guān)電源的時(shí)候VRO反射電壓的范圍為:70V-110V;如果選擇的是650V或700V的高壓MOS器件時(shí),我的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)推薦VRO=90V左右!可靠性!!

注意在最大功率本設(shè)計(jì)/工作在CCM模式的最小VDC=140V  

最小輸入AC≈95VAC

也就是說(shuō)我的設(shè)計(jì)在通常狀況下,電源工作是在DCM。

只有系統(tǒng)過(guò)載或輸入電壓<95VAC時(shí) 系統(tǒng)進(jìn)行CCM模式!

此時(shí)系統(tǒng)有較好的EMI效果;

因此可以看到對(duì)于反激的設(shè)計(jì)應(yīng)用:當(dāng)輸入電壓變化時(shí),變換器可能會(huì)從CCM 模式過(guò)渡到DCM 模式,或從DCM模式過(guò)渡到CCM 模式;對(duì)于兩種模式,我們需要均在最?lèi)毫訔l件下(最低輸入電壓、滿(mǎn)載)設(shè)計(jì)變壓器的初級(jí)電感Lm。由下式?jīng)Q定:

其中,fsw 為反激變換器的工作頻率,KRF為電流紋波系數(shù),

其定義如下圖所示:

流過(guò)開(kāi)關(guān)MOS管的電流波形及電流紋波系數(shù)

通常我們對(duì)于DCM 模式變換器,設(shè)計(jì)時(shí)KRF=1。

對(duì)于CCM 模式變換器,KRF<1。

KRF 的取值會(huì)影響到初級(jí)電流的均方根值(RMS),KRF 越小,RMS 越小,MOS 管的損耗就會(huì)越小,然而過(guò)小的KRF 會(huì)增大變壓器的體積,設(shè)計(jì)時(shí)需要反復(fù)衡量。

一般而言,設(shè)計(jì)CCM 模式的反激變換器:

寬壓輸入時(shí)(85~265VAC),KRF 取0.25~0.5;

窄壓輸入時(shí)(165~265VAC),KRF 取0.4~0.8 即可。

而實(shí)際我們的開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中是在DCM與CCM兩種工作模式都會(huì)存在;其隨負(fù)載的變化而變換!

對(duì)于FLY設(shè)計(jì):KRF取0.25~0.85的設(shè)計(jì)就OK!不需要明確的區(qū)分來(lái)設(shè)計(jì)變壓器的初級(jí)電感取值;因此一旦Lm 確定,流過(guò)MOS 管的電流峰值Idspeak和均方根值Idsrms 亦隨之確定:參考如下公式;

式中:

MOS管的導(dǎo)通損耗Pcond可以通過(guò)下面公式計(jì)算:

Rdson為MOS 管的導(dǎo)通電阻

接下來(lái)是變壓器的設(shè)計(jì)問(wèn)題!

什么樣的變壓器才算是比較完美且適用的?變壓器決定了什么,影響了什么?

設(shè)計(jì)變壓器是各種拓?fù)涞暮诵狞c(diǎn)之一,變壓器設(shè)計(jì)的好壞,影響電源的方方面面,有的無(wú)法工作,有的效率不高,有的EMC問(wèn)題難解,有的溫升過(guò)高,有的極限情況會(huì)飽和,有的安規(guī)就過(guò)不了!

需要綜合各方面的因素來(lái)設(shè)計(jì)變壓器。設(shè)計(jì)變壓器從哪里入手呢?

一般來(lái)說(shuō),根據(jù)功率來(lái)選擇磁芯大小,有經(jīng)驗(yàn)的可參考自己設(shè)計(jì)過(guò)的,這個(gè)是最推薦的設(shè)計(jì);沒(méi)經(jīng)驗(yàn)的只能按照AP算法去算,當(dāng)然還要留有一定的余量,最后實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞。     一般小功率反激推薦的用的比較多EE型,EF型,EI型,ER型,中大功率PQ的用的比較多,這里面也有每個(gè)人的習(xí)慣以及不同公司的平臺(tái)差異,需要根據(jù)自己公司的平臺(tái)和變壓器資源庫(kù)來(lái)選擇合適的型號(hào)。實(shí)際設(shè)計(jì)中,由于充滿(mǎn)太多的變數(shù),磁芯的選擇并沒(méi)有非常嚴(yán)格的限制,可選擇的余地很大。其中一種選型方式是,我們可以參看磁芯供應(yīng)商給出的選型手冊(cè)進(jìn)行選型。相關(guān)的選型參考下表:

注意FLY-反激變換器設(shè)計(jì),對(duì)于多路輸出一定要注意負(fù)載調(diào)整率滿(mǎn)足需求,耦合的效果要好,比如采用并繞,均勻繞制,以及副邊匝數(shù)盡可能增多。

有的還需要增加屏蔽來(lái)調(diào)整EMI,原副邊屏蔽一般加2層,外屏蔽1層就好。對(duì)于如上設(shè)計(jì)的<75W功率變壓器一般更多的是關(guān)注損耗,需要銅損和磁損達(dá)到平衡,還需要考慮變壓器的溫升問(wèn)題。還要清楚電源過(guò)的什么安規(guī),擋墻是不是足夠,層間膠帶是否設(shè)置合理也是不可以忽視的,一旦要做認(rèn)證去改變壓器也是影響進(jìn)度的。 

選定磁芯后,通過(guò)上面的磁芯的DS 查找Ae 值,及磁化曲線(xiàn),確定磁通擺幅△B,次級(jí)線(xiàn)圈匝數(shù)由下式確定:

△B的選擇:注意兼顧變壓器噪音的問(wèn)題!

f=30KHz~70KHz,△B<0.35T;

f=70KHz~100KHz,△B<0.28T ;

完成的變壓器選型及結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:

選擇磁芯CORE/鐵氧體Ferrite ER36  PC40;確定各路輸出的匝數(shù)

先確定主路反饋繞組匝數(shù),其他繞組的匝數(shù)以主路繞組匝數(shù)作為參考即可。主反饋回路繞組匝數(shù)為:

其它繞組圈數(shù)類(lèi)推即可;變壓器的設(shè)計(jì)的完整數(shù)據(jù)如下:

開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部分完成設(shè)計(jì);

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  • appleY 04-24 19:57
    Np = Lm * Idspeak / delta B * Ae , 很明顯的錯(cuò)誤Idspeak是不正確的,工作在CCM模式下, Lm * delta IL , 應(yīng)該是電感的ramp電流
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  • driftingangle2017 2022-03-18 00:07
    感謝杜老師 受益匪淺
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  • Kevin J 2022-03-16 16:17
    作者你好,可否分享一下Excel計(jì)算表格?感謝~
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