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反激电源变压器设计解析
反激电源变压器设计解析
3,反激电源变压器参数设计
从今天开始,我们一起来讨论一下反激电源变压器的设计。其实,反激电源的变压器设计方法有很多种。条条大路通罗马,我们究竟要选择哪条路呢?我的想法是,选择自己熟悉的路,选择自己能理解的设计方法。有的设计方法号称是最简单的,有的设计方法号称是最明了的。但我认为,适合你自己的才是最好的。更何况,有些设计方法,直接给个公式出来,没有头没有尾的,莫名其妙,就算按照那种方法计算出来你要的变压器,但你理解了吗?你从中学习到了什么?我想,授人以鱼,不如授人以渔,希望我们能够通过讨论反激变压器的设计过程,让大家不仅学会怎么计算反激变压器,更要能通过设计,配合上面的电路原理,把反激的原理搞透。岳飞不就曾说过:“阵而后战,兵法之常,运用之妙,存乎一心。” 一旦把原理搞清楚了,那么就不存在什么具体算法了。将来的运用之妙,就存乎一心了。可以根据具体的参数细化优化!
其实,要设计一个变压器,就是求一个多元方程组的解。只不过呢,由于未知数的数量比方程数量多,那么只好人为的指定某些参数的数值。对于一个反激电源而言,需要有输入指标,输出指标。这些参数,有的是客户的要求,也是我们需要达到的设计目标,还有些参数是我们人为选择的。一般来说,我们需要这些参数:
输入交流电压范围、输出电压、输出电流、效率、开关频率等参数。
对于反激电源来说,其工作模式有很多种,什么DCM,CCM,CRM,BCM,QR等。这里要作一个说明:CRM和BCM是一种模式,就是磁芯中的能量刚好完全释放,次级整流二极管电流刚好过零的时候,初级侧MOS管开通,开始进行下一个周期。
QR模式,则是磁芯能量释放完毕后,变压器初级电感和MOS结电容进行谐振,MOS结电容放电到最低值时,MOS开通,这样可以实现较低的开通损耗。也就是说,QR模式是的mos开通时间比CRM模式还要晚一点。
CRM/BCM、QR模式都是变频控制,同时,他们都是属于DCM模式范畴内的。
而CCM模式呢,CCM模式的电源其实也包含着DCM模式,当按照CCM模式设计的反激电源工作在轻载或者高输入电压的时候,就会进入DCM模式。
那么就是说,CRM/BCM,QR模式的反激变压器的设计,可以按照某个特定工作点的时候的DCM模式来计算。那么我们下面的计算就只要考虑DCM与CCM两种情况了。
那么我们究竟是选择DCM还是CCM模式呢?这个其实没有定论,DCM的优点是,反馈容易调,次级整流二极管没有反向恢复问题。缺点是,电流峰值大,RMS值高,线路的铜损和MOS的导通损耗比较大。而CCM的优缺点和DCM刚好反过来。特别是CCM的反馈,因为存在从DCM进入CCM过程,传递函数会发生突变,容易振荡。另外,CCM模式,如果电感电流斜率不够大,或者占空比太大,容易产生次谐波振荡,这时候需要加斜坡补偿。所以呢,究竟什么时候选择用什么模式,是没有结论的。只能是“运用之妙,存乎一心”了。随着项目经验的增加,对电路理解的深入,慢慢的,你就能有所认识。
还有一个重要的参数,占空比,这个参数既可以人为指定,也可以通过其他数值的确定来限制。那我们先来看看,占空比受那些因素的影响呢?
还记得我们上面仿真的过程中,引入的一个概念性的参数Vf吗?就是次级反射到初级的电压。如果不记得了,赶快看看上面的帖子复习一下哦。
通常,按照DCM来设计电源的时候,一般选择在最低输入电压,最大输出负载的情况下,安排工作点处于CRM状态。而CCM的最大占空比出现在最低输入电压处,与负载无关,只要是CCM状态,就只和输入输出电压有关系。
那么这样,我们可以用同一个公式,计算两种状态下的最大占空比,我们根据磁通伏秒积的平衡的要求,可以有公式:
Vin×Dmax=Vf×(1-Dmax)
那么:Dmax=Vf/(Vin+Vf)
这就是说Vf越大,Dmax也就越大。
那为了得到较大的工作占空比,Vf能不能取的很大呢?事实上是不行的,我们从前面的分析中知道,MOS管的承受的电压应力,在理想情况下是Vin+Vf,当输出一定时Vf也是一定的,而Vin是随着输入电压的变化而变化的。另外,MOS管的耐压是有限制的。而且,在实际使用中,还必须预留电压裕量,MOS的电压裕量可以参考这个帖子里的内容:
HYPERLINK /topic/584942 \t _blank 系列之二,元器件降额使用参考
我们看到,MOS的电压必须保证10%~20%的电压裕量。
常用的MOS管耐压有600V,800V的,fairchild的集成单片电源耐压有650V,800V的,PI公司TOP系列的耐压是700V的,VIPER22A的耐压是730V的等等。
而对于全电压输入的85V~265V AC输入电源,整流后的直流电压约为100VDC~370VDC。
那么对于600V的MOS而言
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