反激变压器设计实例(二)

反激变压器设计实例（二）目录反激变压器设计实例（二） 1导论 1一．自跟踪电压抑制 22.反激变换器“缓冲”电路 43.选择反击变换器功率元件 53.1输入整流器和电容器 53.2原边开关晶体管 53.3副边整流二极管 53.4输出电容 64.电路搭接和输出结果 6总结 7导论前面第一节已经将反激变换器的变压器具体参数计算出来，这里整个反激电路最核心的部件已经确定，我们可以利用saber建立电路拓扑，由saber得出最初的输出参数结果。首先进行开环控制，输出电容随便输出一个值（由于C1作为输出储能单元，其容值估算应考虑到输出的伏秒，也有人用1~2uF/W进行大概估算），这里选取1000uF作为输出电容。初始设计中的输出要求12V/3A，故负载选择4欧姆电阻，对于5V/10A的输出，通过调节负载和占空比可以达到。由实际测量可得，1mm线径的平均电感和电阻值分别为6uH/匝和2.6mΩ/匝，寄生电感通常为5%，由于副边匝数较少，可不考虑寄生电感，所以原边寄生电感为27uH，电阻为11.57mΩ，最终结果如图1所示。图1.反激电路主拓扑图2.开关管电压、输出电压、输出电流首先由输出情况可以看出，变压器的设计还是满足要求的。查看图2中开关管电压曲线可以看出，其开关应力过高，不做处理会导致开关管导通瞬间由于高压而击穿。在反激变换器中，有两个主要原因会引起高开关应力。这两个原因都与晶体管自带感性负载关断特性有关。最明显的影响是由于变压器漏感的存在，集电极电压在关断边沿会产生过电压。其次，不是很明显的影响是如果没有采用负载线整形技术，开关关断期间会出现很高的二次测击穿应力。一．自跟踪电压抑制当警惕管所在电路中带感性或变压器负载，在晶体管关断时，由于有能量存储在电感或变压器漏感的磁场中，在其集电极将会产生高压。在反激变换器中，储存在变压器中的大部分能量在反激期间将会传递到副边。可是由于漏感的存在，在反激期间开始时，除非采用一定形式的电压抑制，集电极电压会有增加的趋势。在图3中，变压器漏感、输出电容电感和副边电路的回路电感集中为LTL，并折算到变压器原边与原边主电感Lp导通角、漏感、工作模式和输出电容ESR。典型的rms电流是IDC，而峰值电流可能高达6I对于原来的标准电路板，应世道地选择二极管的平均和峰值额定值。快速二极管的反向恢复时间不要超过75ns。整流二极管的最终优化选择应在对样机副边整流器电流测量后进行。由于对漏感、输出回路电感、PCB走线、导线电阻以及输出电容的ESR和ESL等的各种影响难以估计，计算出来的二极管rms和峰值电流通常不十分准确。这些参数对整流器的rms和峰值电流要求具有非常大的影响，特别是在低输出电压、高频和大电流的情况下。3.4输出电容在反激变换器中输出电容也是高应力的。通常输出电容的选择有三个主要参数：绝对电容值、电容ESR和ESL以及电容纹波电流额定值。ESR和ESL只有通过选择低ESR和低SEL属性的电容器件，并且在安装中要保持最短焊接路径。当ESR和ESL较低时，在开关频率下电容值可以控制峰峰纹波电压。由于纹波电压通常比平均输出电压小，可假设在关断期间输出电容两端的电压有线性衰减。在这期间，电容必须递送所有的输出电流，电容两端的电压大约衰减1V/us/A（对1uF的电容）。因此，如果已知最大关断、负载电流和要求的纹波电压峰峰值，那么最小输出电容可通过下式计算：C=在此，C=输出电容，单位是uF；toff=关断时间，单位是usIDC=负载电流，单位是AVp-p=该例中，对于一个12V、3A输出电源和100mV的纹波C=4.电路搭接和输出结果将计算结果带入saber电路图中，选择TR分析，启动求解器，得到结果如图7所示，可以看到，即使Q的两端加了RC吸收电路，将很大一部分突变电流分流后其启动电流还是很高，改善方式可以通过降低漏感，加强吸收效果来进一步降低。图7.saber软件中的电路拓扑和结果图示从图8中可以看出，输出电压13.71V，电流3.4A，跟前面计算结果吻合。图8.仿真结果图图9为输出电压放大后的截图，可以看到电压纹波在119mV，与初始设计值相吻合。总结：本文主要部分完全参考开关电源手册（第三版）中的反激电源计算实例，仿真验证部分采用saber仿真软件。由于反激开关电源存在非常大的EMI噪声，传统的加磁环、滤波器甚至屏蔽结构的做法无法达到需要的目的，高的电源噪声将会产生一系列的EMC问题，甚至电源的正常工作都将无法保证。尤其是磁材料的饱和特性如果不加考虑，电源都无法正常工作。充分理解噪声源的产生原因，有助于处理电源中的EMI噪声，并且保证不影响开关电源效率。满足高效率、低温升、低EMI特性的严格要求。为了简单处理，这里使用的是开环，实际电路大多使用闭环，通过闭环补偿实现不同负载下的输出功率要求。反激只是开关电源的一种拓扑，类似的还有正激、buck、boost、buck-boost等，其噪声特性各不相同，处理的方式也有