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  • 發布時間:2020-10-06 00:41 原文鏈接: 小于75W反激變換器的設計連載4(關鍵設計部分)

    我們IC的規格書中,細心的開發者會注意到最大占空比的說明:

    說明我在應用設計時,允許最大占空比會達到75%;當我們反激的占空比大于50%會帶來什么?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:占空比設計過大,首先帶來的是匝比增大,

    主MOS管的應力必然提高。

    一般反激選取600V或650V以下的MOS管,成本考慮。

    占空比過大勢必承受不起。
    上面通過公式已經有很好的說明了。
    第二點:很重要的是很多人知道,需要斜坡補償,否則環路震蕩。

    IC一般都有這個功能如下:

    不過這也是有條件的,右平面零點的產生需要工作在CCM模式下,如果設計在DCM模式下也就不存在這一問題了。后面再講電源的補償設計!

    這也是小功率為什么設計在DCM模式下的其中一個原因。當然我們設計足夠好的環路補償也能克服這一問題。

    當然在特殊情形下也需要將占空比設計在大于50%,單位周期內傳遞的能量增加,可以減小開關頻率,達到提升效率的目的,如果反激為了效率做高,可以考慮這一方法。

    我們在設計反激開關電源的時候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,我的經驗設計推薦VRO=90V左右!可靠性!!

    注意在最大功率本設計/工作在CCM模式的最小VDC=140V  

    最小輸入AC≈95VAC

    也就是說我的設計在通常狀況下,電源工作是在DCM。

    只有系統過載或輸入電壓<95VAC時 系統進行CCM模式!

    此時系統有較好的EMI效果;

    因此可以看到對于反激的設計應用:當輸入電壓變化時,變換器可能會從CCM 模式過渡到DCM 模式,或從DCM模式過渡到CCM 模式;對于兩種模式,我們需要均在最惡劣條件下(最低輸入電壓、滿載)設計變壓器的初級電感Lm。由下式決定:

    其中,fsw 為反激變換器的工作頻率,KRF為電流紋波系數,

    其定義如下圖所示:

    流過開關MOS管的電流波形及電流紋波系數

    通常我們對于DCM 模式變換器,設計時KRF=1。

    對于CCM 模式變換器,KRF<1。

    KRF 的取值會影響到初級電流的均方根值(RMS),KRF 越小,RMS 越小,MOS 管的損耗就會越小,然而過小的KRF 會增大變壓器的體積,設計時需要反復衡量。

    一般而言,設計CCM 模式的反激變換器:

    寬壓輸入時(85~265VAC),KRF 取0.25~0.5;

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

    而實際我們的開關電源在工作過程中是在DCM與CCM兩種工作模式都會存在;其隨負載的變化而變換!

    對于FLY設計:KRF取0.25~0.85的設計就OK!不需要明確的區分來設計變壓器的初級電感取值;因此一旦Lm 確定,流過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管的導通損耗Pcond可以通過下面公式計算:

    Rdson為MOS 管的導通電阻

    接下來是變壓器的設計問題!

    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?

    設計變壓器是各種拓撲的核心點之一,變壓器設計的好壞,影響電源的方方面面,有的無法工作,有的效率不高,有的EMC問題難解,有的溫升過高,有的極限情況會飽和,有的安規就過不了!

    需要綜合各方面的因素來設計變壓器。
    設計變壓器從哪里入手呢?

    一般來說根據功率來選擇磁芯大小,有經驗的可參考自己設計過的,這個是最推薦的設計;沒經驗的只能按照AP算法去算,當然還要留有一定的余量,最后實驗去檢驗設計的好壞。
        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,這里面也有每個人的習慣以及不同公司的平臺差異,需要根據自己公司的平臺和變壓器資源庫來選擇合適的型號。
    實際設計中,由于充滿太多的變數,磁芯的選擇并沒有非常嚴格的限制,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商給出的選型手冊進行選型。相關的選型參考下表:

    注意FLY-反激變換器設計,對于多路輸出一定要注意負載調整率滿足需求,耦合的效果要好,比如采用并繞,均勻繞制,以及副邊匝數盡可能增多。


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