【導(dǎo)讀】本文對參數(shù)的計算講的非常細致,按照每一步的計算過程來進行講解,并指出其中的問題,與此同時還不忘為大家提供一些難得的經(jīng)驗技巧,是一篇非常有指導(dǎo)性的文章,有很大的閱讀價值。
CCM是電感電流連續(xù)模式的簡稱,目前采用這種模式的反激變壓器正在逐漸流行起來。無論哪種類型的變壓器,計算方面的問題永遠是最復(fù)雜的,網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于電路設(shè)計和硬件方面的資料很多,但是對計算部分進行詳解的文章卻比較少,小編特意將達人的經(jīng)驗總計為文章,幫助大家掌握CCM模式反激變壓器的計算。
所以在這篇文章當(dāng)中我們將主講CCM模式反激變換器的各類計算公式,以及波形。
基本參數(shù)
最小直流電壓Vdcmin:100V開關(guān)頻率F:65KHZ
最大直流電壓Vdcmax:375V反射電壓VOR:120V
輸出電壓Vo:12V原邊開關(guān)管壓降Vdson:0.5V
輸出功率Po:100W(8.33A)輸出整流管壓降Vd1:0.5V
變換效率η:0.9VCC整流管壓降Vd2:0.5V
次級匝數(shù)Ns:7T磁芯:EER35/40
注:1、非實際產(chǎn)品,僅做舉例。
因為HVDC電壓的大小與Cin、溫度密切相關(guān),故不定義Vacmin;
3、原邊電流的計算,其實是參考了《開關(guān)電源手冊》,見p156--p180,110W反激變壓器設(shè)計,原文中定義的原邊電流,IP2=3*IP1,即KRP=0.66。本文中用X、Y、Z來描述原邊電流,即固定X=10,Y為任意值,KRP也就為任意值。
4、損耗的計算參考了《開關(guān)電源仿真》p542,90W反激變壓器設(shè)計。
5、各種公式再陸續(xù)補充、修正;
6、計算結(jié)果利用了PI的電子數(shù)據(jù)計算表格核算,代入相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)即可。
圖1
[page]注:因為VDS的峰值電壓與漏感有密切關(guān)系,故計算式中沒有包括尖峰電壓;
原邊有效電流的計算公式取自于《開關(guān)電源仿真》。
需要注意的是,這里TON、TOFF標(biāo)反了,由于影響不大所以暫時就不改了,下一步是原邊的各種損耗計算。
注意第7步之后,有兩種計算方法:
第一種方法是先計算出峰值電流、紋波電流,再通過紋波電流來計算出原邊電感量,公式:LP=V*TON/Ip。
第二種計算方法是,先計算出原邊電感量,然后通過紋波電流計算出峰值電流,公式:Ip=Ia/Dmax+△i/2
(第二種方法見《變壓器電感器設(shè)計手冊》p293----連續(xù)模式隔離BUCK-BOOST變換器設(shè)計)
第14--17步說明:
1、這一部分內(nèi)容,選自《開關(guān)電源仿真》,深入研究請參考原文。
2、不同的資料計算方法稍有不同,需要再查資料分析分析。
(關(guān)于開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,上面的計算方法應(yīng)該是正確的,參考《精通開關(guān)電源》第5章。最有可能會出現(xiàn)的問題是,測量的準(zhǔn)確性如何,因為這會導(dǎo)致計算值與實際值相差2--5倍。)
磁性元器件計算或者是次級參數(shù)計算。
RCD緩沖電路有兩個作用,第一個是限制半導(dǎo)體兩端電壓的上升速率或者是減小EMC干擾,第二個是鉗位,要明白安裝RCD緩沖的目的是什么。
如果僅僅是鉗位,問題就簡單了,只需要把“多余”的能量儲存在足夠大的電容中,然后通過合適電阻的去消耗它,這里面沒有太多的學(xué)問。普通的中小功率ACDC變換器,鉗位電容選擇2200PF--0.1UF都是可以的。
漏感中儲存的能量越大,開關(guān)頻率越低,鉗位電容的容量肯定會越大。
另外,鉗位電容對材質(zhì)、體積有一些要求,因為會發(fā)熱。電阻的計算也很簡單,繞組或者半導(dǎo)體兩端會有一個平臺電壓,直接計算就可以了。電阻的阻值決定了功耗,電阻上到底要消耗多少功率,取決于漏感中存儲的能量以及鉗位電壓的幅值。
例:100W的反激變換器,1%漏感,理論上你至少要消耗掉1W的功率,采用3W的電阻;
100W的反激變換器,2%漏感,理論上至少要消耗掉2W的功率,采用6W的電阻;
盡管有一部分能量會通過MOS、二極管的開關(guān)損耗消耗掉,但R上的損耗大概就是這個比例,不會相差太大。需要注意,鉗位電壓和二極管的開關(guān)速度、MOS管的驅(qū)動能力等等都有很大的關(guān)系。
如果RCD消耗的功率特別大,應(yīng)該是別地地方出了問題。控制環(huán)路的問題很難說明白,建議參考《開關(guān)電源手冊》第三部分,第八章,特別是P435頁提到的方法三(最后兩行文章)。這里多說一句,在分析了眾多大師的作品之后,發(fā)現(xiàn)他們似乎非常喜歡這么干。
另外一點,就是關(guān)于電容的計算方法,一般來說有三種:
第一種方法,根據(jù)期望獲得的輸出紋波電壓來計算。詳見《開關(guān)電源設(shè)計》第二版,王志強譯,P76;采用這種方法,可以獲得最小的電容量,通常情況下,如果采用普通的電解電容,其紋波電流一般滿足不了(這種方法似乎比較適合于超高紋波電流電容、固態(tài)電容、瓷片電容)。
第二種方法,根據(jù)實際計算的輸出紋波電流(有效電流),來選擇輸出電容,不考慮頻率、溫度系數(shù)。這種方法最可靠、也會最簡單,但其結(jié)果會導(dǎo)致最高物料成本,此方法也是電容供應(yīng)商比較推崇的方法。
第三種方法,根據(jù)產(chǎn)品所需的壽命,綜合考慮開關(guān)頻率、環(huán)境溫度、電容溫升等各種綜合因素來計算輸出電容。該計算方法很多教材和各種電容應(yīng)用手冊中均有提及。計算過程一般較為復(fù)雜,但可以獲得最低的物料成本。另外采用這種方法,對測量技術(shù)也是一個很大的考驗。