单端反激式开关电源变压器的计算及相关波形分析研讨.ppt

单端反激式开关电源变压器的计算及相关波形分析 天微电子培训讲义 技术部 张天雷 2012.12.4 变压器在开关电源中的作用 变压器的构成以及作用： 1）电气隔离 2）储能 3）变压 4）变流 变压器的分类 功率变压器根据拓扑结构分为三大类： （1）反激式变压器； （2）正激式变压器； （3）推挽式变压器（全桥/半桥变换器中的 变压器） 下页表格中各符号的含义： ‘+’=适合； ‘0’=一般；‘-’=不适合。 变压器设计时的主要指标参数： 变压器选型 初次级匝比N的计算 最大占空比Dmax的计算 初级匝数Np的计算 初级峰值电流Ipk的计算 初级电感量Lp的计算 次级匝数Ns及IC供电绕组Nf的计算 初次级线径d的计算 1.变压器选型 AP算法：AP=Aw*Ae（查表法） 面积AP法：磁芯截面积Ae与线圈有效窗口面积Aw的乘积。 其中： Aw-磁芯窗口面积 Ae-磁芯有效截面积 2.初次级匝比N的计算 N=Np/Ns=【Vin(min)*Dmax】/【（Vo+Vd）*（1- Dmax）】 N: 初次级匝比 Np：初级匝数 Ns:次级匝数 Vin(min):输入电压最小值 Dmax:最大占空比 Vo:输出电压 Vd:输出整流管的导通压降 3.最大占空比Dmax的计算 Dmax=Vor/Vin(min)+Vor 其中：Vor=N*（Vo+Vd） Vor:为次级输出电压的反射电压，叠加在 MOS管的漏极D上。 N：为初次级匝比 Dmax：一般小于0.5，要留有裕量，取0.4-0.45之间为宜，此计算公式只为反向验证使用。 4.初级匝数Np的计算 Np=【Vin(min)*Ton】/【Ae* Bm 】= 【Vin(min)*Dmax】/【Ae * Bm *F】 Ton ：Ton=D*T（T为高频变压器的实际工 作周期,D为实际工作时的占空比。） Bm ：工作磁通密度（工作磁通密度Bm应该在设计指标要求之内，BmBs-Br,以避免磁芯出现饱和。为了防止磁芯的瞬间出现饱和，预留一定裕量，如取Bm=ΔBmax*0.6=0.198T 取0.2T） F：高频变压器的实际工作频率 其中：T=1/F 5.初级峰值电流Ipk的计算 Ipk=【2Vo*Io】/【§* Vin(min)*Dmax】 Vo：输出电压 Io：输出电流 §：电源能量转换效率 初级平均电流怎么计算？（在计算线径时会用到） 6.初级电感量Lp的计算 以下公式假设电源工作在断续模式（DCM模式下） Lp= 【Vin(min)*Dmax】/【Ipk*F】 = 【Vin(min)*Ton】/Ipk DCM模式有Po=0.5Lp*Ipk2*F*η.(应用意义) 连续模式的Ipk会有所不同。 以下为连续模式（CCM）下的理论计算公式 Lp= 【Vin(min)*Dmax】/【Ipk*F】 = 【Vin(min)*Ton】/Ipk 其中：Ipk=Ip2-Ip1=Krp*Ip2 Ip1=Ip2*(1-Krp) Ip2：变压器峰值电流。 Ip1：变压器起始电流。 关于电流脉动系数Krp的选取： Krp:电流脉动系数（安全系数） Krp的取值根据输入电压的范围来确定 选择Krp值就能设定开关电源的工作模式. 由Ip1=Ip2*(1-Krp)可以得出： Krp=1-Ip1/Ip2 （0＜Krp≤1） 关于Krp的选取： DCM断续模式Krp=1.0;(断续模式Ip1=0) CCM连续模式Krp=0.4--1.0. 对于85～265V宽范围输入或230V固定输入的交流电压： 选择Krp=0.6～1.0比较合适。 （源自互联网） 什么是开关电源的DCM与CCM？ 开关电源的CCM和DCM状态是指： 高频开关变压器次级线圈中感应到的磁化电流，即输出电流。 磁化电流的非连续状状DCM：Toff次级电感与输出电压之比再除以次级峰值电流。 磁化电流的连续状状CCM：Toff≤次级电感与输出电压之比再除以次级峰值电流。 DCM与CCM模式的选取 DCM为电流断续模式,CCM为电流连续模式,在对纹波要求较高时可以考虑用CCM模式，但同等条件下转换效率较DCM低些。 DCM模式的转换效率更高些，属于能量完全转换,但同时纹波较CCM要高. 应用中可以根据实际情况进行选取。一般来说低电压工作在CCM模式,高电压工作在DCM模式比较好。 DCM与CCM模式的选取 同一个电源只能工作于一种模式。因为能够使DCM稳定的