LM3488不连续模式反激设计实例(译文)教学内容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LM3488不连续模式反激设计实例(译文)-开关电源设计：不连续模式反激变压器米歇尔Sclocchi编著michele.sclocchi应用工程师美国国家半导体典型的反激变换器3输出电源:注:写下电源要求:得到的结果:这个Mathcad文件帮助计算一个典型的不连续模式开关电源的外部元器件。输入电压:最小输入电压:最大输入电压:输出:标称输出电压,最大输出纹波,最小输出电流,最大输出电流(负)(二极管正向压降)开关频率：变压器效率:开关场效应管的最大应力:-定义反激变换器的电压互感:Vfm(Kfb是介于1

2、到0.5的一个值)-开关场效应管的最大开关电压:F尖脉冲0.4安全系数(假设尖脉冲是直流电压的30%)-泄漏电感系数:(Klk=0.95意思是泄漏电感是初级电感的5%)-变压器的总储能:Wfly(能源送到输出能量损失再加上泄漏的电感)最大和最小占空比:DmaxandDmin保持不连续的运作模式,最大持续工作时间时间必须Vdiode.max,并且是超快开关二极管7-a)输出纹波技术参数:输出电容-次级电感:在不使用额外的LC滤波器达到输出温波技术参数的输出电容必须符合两个条件:-满足标准电容容量定义:I=C*dV/dt这里的t是工作时间,Vis允许输出纹波电压的25%。-电容的等效串联电阻(ES

3、R)必须小于提供最大输出纹波的75%o.(Vripple=Ipeak*ESR)-最大输出纹波:-最小输出电容:-最大等效串联电阻:-最小输出电容:-最大等效串联电阻:-最小输出电容:-最大等效串联电阻:7-b)外加LC滤波器的输出纹波技术参数:有时如果要达到输出纹波技术参数,需要增加一个2阶LC滤波器以减小输出电容的尺寸和成本：衰减20dBLC滤波器衰减:-第二辅路的二阶滤波器:滤波器阶数每阶减小量16212318424需要的衰减量(indB):每阶滤波器的减小量:需要衰减的频率:(开关频率)需要截至的频率:滤波器最关键的参数之一是在拐角频率。阻尼因子(zeta)描述了拐角频率与时域响应的增益

4、。如果阻尼因子变小,在拐角频率的增益变大。许多滤波器,在一个阻尼因子和一个截止频率范围内，理论上可以给倍程提供合适的滤波。阻尼因子远大于1可能导致对低频率过大衰减不能实现，甚至远小于.707（3dB），从而造成振铃，滤波器自身产生噪声。(*阶=频率的倍数2:1)-每一个输出:-输出负载电阻:-要求的阻尼系数:-电感量计算:-电容量计算:-电感常用:-电容常用:-电容选择:批判性的性能取决于电容滤波器使用。除了基本电压和容量的要求,选择低ESL电容器,因为高频衰减,低ESR、带衰减和/或中期高纹波电流能力。一个精确的滤波器的性能取决于使用的电容。选择电容时，除了需要的耐压值和电容量外，电容的等效

5、串联电感（ESL）、高频衰减度、低的等效串联电阻（ESR）、中频段衰减特性和高纹波电流能力都需要考虑。-扼流圈设计:设计的扼流圈应该尽可能的减少寄生电容：-输入输出距离应该尽可能的远.-单层或迭绕线圈.-选用厚的隔离而不是通常的交互隔离.693581247(迭绕线圈)8)输入电容:输入电容应该能承受最大纹波电流额定值Ip(rms)及和ESR值结合在一起的最大输入纹波电压。9)阻尼电路:缓冲器的基本目的是将电路里的漏电感从电路中转移走。漏电感是初级电感的一部分，而不是次级电感互相耦合产生的。重要的是尽可能减低漏电感，因为它降低了变压器的效率，造成开关器件漏极的尖脉冲。并联在其他电路的电容会控制通

6、过它们的电压。通常漏电感量是初级绕组电感量的的2-5%。全部能量:1/2LI2有不同的方法来泄放这些能量并减小开关场效应管漏极的尖脉冲。一个典型的缓冲电路是在输入电压和场效应管之间串接一个电阻和电容器。（大约一半的能量都消耗在缓冲电路）缓冲器的电容好的起点是RC时间应该比开关周期的保持时间长:1/RCTon在低输出功率的应用场合，一个钳位稳压管或者瞬态抑制器可以用在LM3488的反激电路设计中。9)开关场效应管:功率耗散选择场效应管基于以下参数：最大承受电压（第1部分），最大峰值输入电流（第3部分）,功率损耗总和，最大允许工作温度,和LM3488驱动器的能力.-场效应管漏极源极的击穿电压(Vd

7、ss)必须高于:-场效应管持续漏极电流(Id)必须高于:-最大驱动电压:LM3488驱动管脚的电压Vdr当输入电压低于7.2V时，等于输入电压；当输入电压高于7.2V时，Vdr等于7.2V。-场效应管总损耗和最大结点温度:选择场效应管的目标是在高效的工作时，除了最大额定电压和最大额定电流,场效应管的其他三个重要的参数场是漏源极导通电阻、门阈值电压、门电容。开关场效应管有3种类型的损耗，传导损耗、开关损耗和栅极选通损耗:-传导损耗等于:I2*R损耗,因此在工作时间事源极和漏极之间的电阻Rds(on)必须尽可能的低.-开关损耗等于:Switching-time*Vds*I*frequecy.swi

8、tchingtime,上升时间和下降时间是损耗场效应管的一个因素。Qgd（,驱动器的内部电阻）和阈值电压Vgs(th)（开启场效应管漏源极电流的最小电压）。-栅级选通损耗是在每个周期由栅极电容对地漏电引起的.栅极充电损耗等于：frequencyQg(tot)Vdr很不幸的是，最小的导通电阻的器件常常有较高的栅极电容。因为这种损耗和频率有关系，大电流的电源常常使用很大的场效应管，往往伴随很大的栅极电容，一个可选的解决方案是减小工作频率。栅极电容也对开关损耗有影响.如果栅极驱动必须驱动一个较大的电容，就造成场效应管消耗的线性区域增加并且损耗增加。上升时间越快，开关损耗越小。不幸的是，会造成高频噪声

9、。场效应管:FairchildFQB10N20L-D2PAK(在工作时间状态在源极漏极之间的全部电阻)(输出电容)(全部栅极充电)(门漏极Miller充电)(阈值电压)-传导损耗:Pcond-开关损耗:Psw(max)调整工作时间:-栅极充电损耗:Pgate平均电流取决于驱动的场效应管的栅极电容：-总损耗:Ptot(max)-最大结温和散热需求-要求的最大结温：-最大的环境温度：-环境温度的热敏电阻：Celsius如果计算的热敏电阻低于场效应管数据手册的规定值，那就需要散热器或者高等级敷铜区域。比如一个T0-263(D2pak)封装的场效应管敷铜面对应t值是：10)限流:LM3488使用电流模

10、式控制设计.电流模式控制的优点是内置针对开关的循环限流,并且环路控制简单。因为LM3488最大的占空比为100%,并且工作在不连续模式的电源最大占空比为50%，设计了限流，当到达50%的界限之前，峰值短路电流限制就开始工作了。11)变压器设计:变压器的电感应该以减小漏感、叠层损耗和磁材损耗为目的。工作于不连续模式变压器的总电感会比工作与连续模式的低，并且变压器尺寸也可以小些。但是峰值电流至少是平均值的两倍，所以交流叠层损耗和磁材损耗是比直流损耗和磁材饱和更重要的参数。叠层损耗和磁材损耗接近于同一值时，总损耗会减小。-磁材选择:设计100kHz以上工作频率的反激变压器，为了减小磁材损耗,常常优选

11、加磷铁氧体材料(TDKPC40,Philips3C85)。窗口形状应该尽量宽，以减少层数，从而减小叠层损耗和泄漏电感。带内部气隙的E型磁材是低损耗和低泄露电感的最佳选择。-减小泄漏电感、交流损耗、和EMI噪声的叠层技术：为减小交流损耗、泄漏电感和EMI噪声，变压器的初级和次级叠层应有特殊的衰减，初级叠层应不超过3层，从而减小变压器层叠电容和泄漏电感。在高开关频率应用中，叠层之间经常使用外加绝缘层。如果变压器有多输出的次级叠层，最大功率的次级应该靠近变压器的初级。对高功率的应用，初级的结构气隙是特地用来减小泄漏电感的。为避免造成趋肤效应（高频电流趋向导体的表面）的高叠层损耗，常常使用利兹线和锡箔片。利兹线是用很多小直径的线扭在一起组成的一个大线束。为减小初级和次级之间的共模噪声，常常使用屏蔽条或者初级和次级间增加的叠层的办法。增加的叠层必须接地或者连接到变压器的高电压输入端。为了协助设计变压器，可以使用磁材制造商