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小于75W反激变换器的设计连载-3(关键设计部分)

我们IC的规格书中,细心的开发者会注意到最大占空比的说明:

说明我在应用设计时,允许最大占空比会达到75%;当我们反激的占空比大于50%会带来什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?
反激的占空比大于50%意味着什么,占空比影响哪些因素?

第一:占空比设计过大,首先带来的是匝比增大,

主MOS管的应力必然提高。

一般反激选取600V或650V以下的MOS管,成本考虑。

占空比过大势必承受不起。
上面通过公式已经有很好的说明了。
第二点:很重要的是很多人知道,需要斜坡补偿,否则环路震荡。

IC一般都有这个功能如下:

不过这也是有条件的,右平面零点的产生需要工作在CCM模式下,如果设计在DCM模式下也就不存在这一问题了。后面再讲电源的补偿设计!

这也是小功率为什么设计在DCM模式下的其中一个原因。当然我们设计足够好的环路补偿也能克服这一问题。

当然在特殊情形下也需要将占空比设计在大于50%,单位周期内传递的能量增加,可以减小开关频率,达到提升效率的目的,如果反激为了效率做高,可以考虑这一方法。

我们在设计反激开关电源的时候VRO反射电压的范围为:70V-110V;如果选择的是650V或700V的高压MOS器件时,我的经验设计推荐VRO=90V左右!可靠性!!

注意在最大功率本设计/工作在CCM模式的最小VDC=140V  

最小输入AC≈95VAC

也就是说我的设计在通常状况下,电源工作是在DCM。

只有系统过载或输入电压<95VAC时 系统进行CCM模式!

此时系统有较好的EMI效果;

因此可以看到对于反激的设计应用:当输入电压变化时,变换器可能会从CCM 模式过渡到DCM 模式,或从DCM模式过渡到CCM 模式;对于两种模式,我们需要均在最恶劣条件下(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:

流过开关MOS管的电流波形及电流纹波系数

通常我们对于DCM 模式变换器,设计时KRF=1。

对于CCM 模式变换器,KRF<1。

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(85~265VAC),KRF 取0.25~0.5;

窄压输入时(165~265VAC),KRF 取0.4~0.8 即可。

而实际我们的开关电源在工作过程中是在DCM与CCM两种工作模式都会存在;其随负载的变化而变换!

对于FLY设计:KRF取0.25~0.85的设计就OK!不需要明确的区分来设计变压器的初级电感取值;因此一旦Lm 确定,流过MOS 管的电流峰值Idspeak和均方根值Idsrms 亦随之确定:参考如下公式;

式中:

MOS管的导通损耗Pcond可以通过下面公式计算:

Rdson为MOS 管的导通电阻

接下来是变压器的设计问题!

什么样的变压器才算是比较完美且适用的?变压器决定了什么,影响了什么?

设计变压器是各种拓扑的核心点之一,变压器设计的好坏,影响电源的方方面面,有的无法工作,有的效率不高,有的EMC问题难解,有的温升过高,有的极限情况会饱和,有的安规就过不了!

需要综合各方面的因素来设计变压器。
设计变压器从哪里入手呢?

一般来说根据功率来选择磁芯大小,有经验的可参考自己设计过的,这个是最推荐的设计;没经验的只能按照AP算法去算,当然还要留有一定的余量,最后实验去检验设计的好坏。
    一般小功率反激推荐的用的比较多EE型,EF型,EI型,ER型,中大功率PQ的用的比较多,这里面也有每个人的习惯以及不同公司的平台差异,需要根据自己公司的平台和变压器资源库来选择合适的型号。
实际设计中,由于充满太多的变数,磁芯的选择并没有非常严格的限制,可选择的余地很大。其中一种选型方式是,我们可以参看磁芯供应商给出的选型手册进行选型。相关的选型参考下表:

注意FLY-反激变换器设计,对于多路输出一定要注意负载调整率满足需求,耦合的效果要好,比如采用并绕,均匀绕制,以及副边匝数尽可能增多。

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