開關電源的設計是一份非常耗時費力的苦差事,需要不斷地修正多個設計變量,直到性能達到設計目標為止。本文step-by-step 介紹反激變換器的設計步驟,并以一個6.5W 隔離雙路輸出的反激變換器設計為例,主控芯片采用NCP1015。
1.Step1:初始化系統參數 ------輸入電壓范圍:Vinmin_AC 及Vinmax_AC ------電網頻率:fline(國內為50Hz) ------輸出功率:(等于各路輸出功率之和) ------初步估計變換器效率:η(低壓輸出時,η取0.7~0.75,高壓輸出時,η取0.8~0.85)根據預估效率,估算輸入功率:
3. Step3:確定最大占空比Dmax 反激變換器有兩種運行模式:電感電流連續模式(CCM)和電感電流斷續模式(DCM)。兩種模式各有優缺點,相對而言,DCM 模式具有更好的開關特性,次級整流二極管零電流關斷,因此不存在CCM 模式的二極管反向恢復的問題。此外,同功率等級下,由于DCM模式的變壓器比CCM 模式存儲的能量少,故DCM 模式的變壓器尺寸更小。但是,相比較CCM 模式而言,DCM 模式使得初級電流的RMS 增大,這將會增大MOS 管的導通損耗,同時會增加次級輸出電容的電流應力。因此,CCM 模式常被推薦使用在低壓大電流輸出的場合,DCM 模式常被推薦使用在高壓 小電流輸出的場合。
圖4 反激變換器
對CCM 模式反激變換器而言,輸入到輸出的電壓增益僅僅由占空比決定。而DCM 模式反激變換器,輸入到輸出的電壓增益是由占空比和負載條件同時決定的,這使得DCM 模式的電路設計變得更復雜。但是,如果我們在DCM 模式與CCM 模式的臨界處(BCM 模式)、輸入電壓最低(Vinmin_DC)、滿載條件下,設計DCM 模式反激變換器,就可以使問題變得簡單化。于是,無論反激變換器工作于CCM 模式,還是DCM 模式,我們都可以按照CCM模式進行設計。 如圖 4(b)所示,MOS 管關斷時,輸入電壓Vin 與次級反射電壓nVo 共同疊加在MOS的DS 兩端。最大占空比Dmax 確定后,反射電壓Vor(即nVo)、次級整流二極管承受的最大電壓VD 以及MOS 管承受的最大電壓Vdsmax,可由下式得到:
圖9 RCD 鉗位吸收
CClamp 由下式決定,其中Vripple 一般取Vclamp 的5%~10%是比較合理的:
3 仿真驗證計算機仿真不僅可以取代系統的許多繁瑣的人工分析,減輕勞動強度,避免因為解析法在近似處理中帶來的較大誤差,還可以與實物調試相互補充,最大限度的降低設計成本,縮短開發周期。 本例采用經典的電流型控制器UC3843(與NCP1015 控制原理類似),搭建反激變換器。其中,變壓器和環路補償參數均采用上文的范例給出的計算參數。 仿真測試條件:低壓輸入(90VAC,雙路滿載) 1.原理圖
圖17 仿真原理圖
2. 瞬態信號時域分析
4 PCB 設計指導1. PCB layout—大電流環路 大電流環路包圍的面積應極可能小,走線要寬。
5. PCB layout—實例
6、總結本文詳細介紹了反激變換器的設計步驟,以及PCB 設計時應當注意的事項,并采用軟件仿真的方式驗證了設計的合理性。同時,在附錄部分,分別給出了峰值電流模式反激在CCM 模式和DCM 模式工作條件下的功率級傳遞函數。附錄:峰值電流模式功率級小信號對CCM 模式反激,其控制到輸出的傳函為:
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原文標題:最牛筆記,一步一步設計反激變換器
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