先贴一张反激变换器的思路框图

参数设计

输入参数

为了方便演示,先假定几个参数

输入电压:

Vin_min_rms=160V ; Vin_max_rms=240V

Vin_min=226V ; Vin_max=340V

输出电压:

主绕组:Vo1=30V,Io1=0.6A;

辅助绕组:Vo2=12V,Io2=0.1A;

效率:n=80%

Pin=Pout/n=24W

上面的参数就是反激变换器设计所需要的全部参数

工作模式

上一篇提到过,反激电源有CCM和DCM两种工作模式。在DCM模式中,MOS管两端电压从Vin+Vor降到Vin时,MOS管还没导通,所以存在励磁电感与MOS管结电容形成的回路,引发Vds的阻尼震荡,轻载变重载的动态响应慢且纹波大,但副边二极管零电流关断,反向恢复应力小,且MOS管软开关,损耗小;在CCM模式中,不存在二次震荡,动态响应快,交流纹波小,但副边二极管不能零电流恢复,存在较大的反向恢复电流,需要选用快速恢复二极管,且MOS管硬开关,损耗大。

而通过DCM和CCM的电感电流波形可知,同样的输出电流下,DCM因为存在电流为0的区域,峰值电流要比CCM条件下的峰值电流大,因此得出一个结论

轻载用DCM,重载用CCM

这里我们假定使用DCM

前置计算

反激变换器的设计中,输出电压、反射电压、二极管反向电压等多个参数均由占空比和匝比共同决定,因此在设计时,必须要先确认其中一个参数的范围

变压器匝比的范围主要由二极管和开关管的耐压程度决定,而占空比主要由控制芯片决定。因此,在前置选择中可以使用两种方法

方法一:确定MOS管和二极管的耐压值,按照20%的降额应力,由下列公式计算变压器匝比范围

注意DCM和CCM的波形。这两个波形中,MOS管要承受的最大电压都一样,均为Vin+Vor,而寄生电感和MOS电容在MOS关断时还会形成电压震荡,存在过电压,因此MOS管的最大电压要取20%~30%的裕度

这种方法和通过确定Vor来确定Dmax一样的,都是较为常见的方法。

方法二:先选择控制芯片,得到最大占空比,然后根据最大占空比的取值选定匝比,公式如下

典型的反激控制芯片就那几个,UC284x系列、UC3842、UC3843、NCP1342这些,看芯片是否有QR准谐振模式,芯片手册里参考设计资料是否充足,能否有现成的可供借鉴的案例等(所以同公司使用的控制芯片一般大差不差)

假定使用第一种方法,在确认具体的Dmax和N时,需要先确认反射电压(如果使用第二种方法,最后也要验算反射电压)

在QR反激变换器中,反射电压越大,开关损耗越低,但对开关管的耐压要求也越高,因此反射电压的取值多凭主观。主要看Dmax和Vds,Dmax不建议大于50%(次谐波震荡)Vds要满足MOS管电压应力降额。

假定本例中MOS管取600V最大电压,二极管取200V最大电压,在取Vor的时候,我们需要考虑到MOS管的降额应力,这个降额包括了RCD上的Vspike和一定的电压裕度,按照降额20%~30%来计算,Vor的取值范围可以在60V~120V之间。而通常情况下Vor需要大于80V,才能在QR模式下有较低的损耗,因此本例取Vor=100V

如果取电压应力更大的MOS管,Vor相应的也能取更高,但随之而来的就是成本的增加。

这种情况下D_{max}=\tfrac{V_{or}}{V_{or}+V_{inmin}},Dmax约为0.307,小于0.5

二极管压降Vf取0.8V,则根据方法二的式子可计算得出,Nmax=3.22,匝比取3(这个匝比可以自行取值,只要不超过Nmax就可以)

反过来验算最大占空比,可知此时为0.292,反激电压Vor=92.4,均满足要求

确定了最根本的最大占空比、匝比,就可以继续对变压器和电容进行选型计算。

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