•  

    (深度好文)反激变换器的设计步骤

    2018-08-02 17:28:54 来源:电子工程专辑
    标签:

     

    开关电源的设计是一份非常耗时费力的苦差事,需要不断地修正多个设计变量,直到性能达到设计目标为止。本文step-by-step 介绍反激变换器的设计步骤,并以一个6.5W 隔离双路输出的反激变换器设计为例,主控芯片采用NCP1015

     

     

    基本的反激变换器原理图如图 1 所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率(1W~60W)开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、?#32479;?#26412;、?#23376;?#23454;现是反激变换器突出的优点。

     

     

    接下来,参考图 2 所示的设计步骤,一步一步设计反激变换器


    1.Step1:初始化系统参数

    ------输入电压范围:Vinmin_AC 及Vinmax_AC
    ------电网频率:fline(国内为50Hz)
    ------输出功率?#28023;?#31561;于各路输出功?#25163;?#21644;)
    ------初步估计变换器效率:η(低压输出时,η取0.7~0.75,高压输出时,η取0.8~0.85)根据预估效率,?#28010;?#36755;入功率:

     

     

    对多路输出,定义KL(n)为第n 路输出功率与输出总功率的比值:

     

     

    单路输出时,KL(n)=1.

     

     

    2. Step2:?#33539;?#36755;入电容Cbulk

    Cbulk 的取值与输入功率有关,通常,对于宽输入电压(85~265VAC),取2~3μF/W;对窄范围输入电压(176~265VAC),取1μF/W 即可,电容充电占空比Dch 一般取0.2 即可。

     

     

    一般在整流后的最小电压Vinmin_DC 处设计反激变换器,可由Cbulk 计算Vinmin_DC:

     

     


    3. Step3:?#33539;?#26368;大占空比Dmax

    反激变换器有两种运行模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)。两种模式各有优缺点,相对而言,DCM 模式具有更好的开关特性,次级整流二极管零电流关断,因此不存在CCM 模式的二极管反向恢复的问题。此外,同功率等?#26029;攏?#30001;于DCM模式的变压器比CCM 模式存储的能量少,故DCM 模式的变压器尺寸更小。但是,相比较CCM 模式而言,DCM 模式使?#36152;?#32423;电流的RMS 增大,这将会增大MOS 管的导通损?#27169;?#21516;时会增加次级输出电容的电流应力。因此,CCM 模式常被推荐使用在低压大电流输出的场合,DCM 模式常被推荐使用在高压 小电流输出的场合。

     


    图4 反激变换器

     

    对CCM 模式反激变换器而言,输入到输出的电压增益仅仅由占空比决定。而DCM 模式反激变换器,输入到输出的电压增益是由占空比和负载条件同时决定的,这使得DCM 模式的电路设计变得更复杂。但是,如果我们在DCM 模式与CCM 模式的临界处(BCM 模式)、输入电压最低(Vinmin_DC)、满载条件下,设计DCM 模式反激变换器,就可以使问题变得简单化。于是,无论反激变换器工作于CCM 模式,还是DCM 模式,我们都可以按照CCM模式进行设计。


    如图 4(b)所示,MOS 管关断时,输入电压Vin 与次级反射电压nVo 共同叠加在MOS的DS 两端。最大占空比Dmax ?#33539;?#21518;,反射电压Vor(即nVo)、次级整流二极管承受的最大电压VD 以及MOS 管承受的最大电压Vdsmax,可由下式得到:

     

     

    通过公式(5)(6)(7),可知,Dmax 取值越小,Vor 越小,进而MOS 管的应力越小,然而,次级整流管的电压应力却增大。因此,我们应当在保证MOS 管的足够裕量的条件下,尽可能增大Dmax,来降低次级整流管的电压应力。Dmax 的取值,应当保证Vdsmax 不超过MOS管耐压等级的80%;同时,对于峰值电流模式控制的反激变换器,CCM 模式条件下,当占空比超过0.5 时,会发生次谐波震?#30784;?#32508;合考虑,对于耐压值为700V(NCP1015)的MOS管,设计中,Dmax 不超过0.45 为宜。

     

     

    4. Step4:?#33539;?#21464;压器初级电感Lm

    对于CCM 模式反激,当输入电压变化时,变换器可能会从CCM 模式过渡到DCM 模式,对于两种模式,均在最恶劣条件下(最低输入电压、满载)设计变压器的初级电感Lm。由下式决定:

     

     

    其中,fsw 为反激变换器的工作频率,KRF 为电流纹波系数,其定义如下图所示:

     

     

    对于DCM 模式变换器,设计时KRF=1。对于CCM 模式变换器,KRF<1,此时,KRF 的取值会影响到初级电流的均方根值(RMS),KRF 越小,RMS 越小,MOS 管的损耗就会越小,然而过小的KRF 会增大变压器的体积,设计时需要反复衡量。一般而言,设计CCM 模式的反激变换器,宽压输入时(90~265VAC),KRF 取0.25~0.5;窄压输入时(176~265VAC),KRF 取0.4~0.8 即可。


    一旦Lm ?#33539;ǎ?#27969;过MOS 管的电流峰值Idspeak 和均方根值Idsrms 亦随之?#33539;ǎ?/p>

     

     

    其中:

     

     

    设计中,需保证Idspeak 不超过选用MOS 管最大电流值80%,Idsrms 用来计算MOS 管的导通损耗Pcond,Rdson 为MOS 管的导通电阻。

     

     

     
    关注与非网微信 ( ee-focus )
    限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
    享受快时代的精品慢阅读
     

     

    继续阅读

    动态响应一般是指控制系统在典型输入信号的作用下,其输出量从初始状态到最终状态的响应。对某?#25442;方冢?#31995;?#24120;?#21152;入单位?#33258;?#36755;入x(t)时,其响应y(t)开始逐渐上升,直到稳定在某一定值上为止。响应y(t)在达到一定值之前的变化状态称为过渡状态(动态)。此称为动态响应。

    从动态响应的视角看前级EMC的设计

    动态响应是电源测试中的一个重要指标,要设计满足要求的电源动态响应,必然及到环路问题。

    【技术分享】关于纹波,你想知道的都在这里
    【技术分享】关于纹波,你想知道的都在这里

    举一个极端的例子,由电感量为15nH的长一英寸的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器,其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频?#26102;?#30005;源纹波频率低很多倍,可以切?#21040;?#20302;纹波。聪明的工程师应该在测试过?#35752;?#35774;法利用它。

    【技术分享】如何验证开关电源是否合格?#31354;?#20960;关必须过

    在各种输入和输出状态下将模块输出短路,模块应能实?#30452;?#25252;或回缩,反复多次短路,故障排除后,模块应该能自动恢复正常运行。

    【技术分享?#30475;?#20998;析计算到仿真建模,详解开关电源的设计

    在分析Flyback电路之前,我觉得有必要把变压器模型做一个总结,因为我们对变压器的分析其实是在一定的模型上面进行分析的。这里阐述我的一个观点, 如果说?#23548;?#27979;试和实验是非常重要的话,对分析对象有一个清晰的模型概念对电子工程师来说是非常必要的,建立的模型的目的完全是为了可以简化问题。

    更多资讯
    中科芯韵半导体产业投资基金落地徐州

    近日,徐州中科芯韵半导体产业投资基金(简称“中科芯韵基金?#20445;?#27491;式签约落地,基金总规模2.005亿元。

    ?#26412;?#25104;卫星?#24049;?#20135;业?#34892;模?018年产业规模超500亿元

    5月22日,?#26412;┦芯?#27982;和信息化局在第十届中国卫星?#24049;?#24180;会上发布了《?#26412;?#24066;?#20493;返己?#19982;位置服务产业发展与应用白皮书(2019)》

    耦合电路的原理、功能以及种类详解
    耦合电路的原理、功能以及种类详解

    多级放大器中,每一级放大器之间是相对独立的,要将一级级放大器之间连接起来,级间耦合电路不可缺少。

    如何设计RTC电路
    如何设计RTC电路

    RTC(Real_Time Clock)为整个电子系统提供时间基准,MCU、MPU、CPU均离不开RTC电路设计,在设计、应用RTC单元时,常常会发现延时、超时或者功耗过大现象,如何解决RTC精度以及功耗问题呢?本文将为您介绍时钟芯片PCF8563应用设计,并给出相应的解决方法。

    你必须了解的电磁兼容设计基础知识

    满足产品功能要求、减少调试时间,使产品满足电磁兼容标准的要求,使产品?#25442;?#23545;系统中的其它设备产生电磁干扰。

    电路方案
    北京十一选五走势图