LM3488不連續(xù)模式反激設(shè)計(jì)實(shí)例(譯文

1、開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)：不連續(xù)模式反激變壓器米歇爾Sclocchi編著應(yīng)用工程師美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體典型的反激變換器3輸出電源:注:寫(xiě)下電源要求:得到的結(jié)果:這個(gè)Mathcad文件幫助計(jì)算一個(gè)典型的不連續(xù)模式開(kāi)關(guān)電源的外部元器件。輸入電壓: 最小輸入電壓: 最大輸入電壓: 輸出: 標(biāo)稱(chēng)輸出電壓, 最大輸出紋波,最小輸出電流, 最大輸出電流 (負(fù))( 二極管正向壓降) 開(kāi)關(guān)頻率： 變壓器效率: 1) 開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的最大應(yīng)力 : -定義反激變換器的電壓互感: Vfm (Kfb 是介于1到0.5的一個(gè)值) -開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的最大開(kāi)關(guān)電壓:F尖脈沖0.4:=安全系數(shù) (假設(shè)

2、尖脈沖是直流電壓的30%) -泄漏電感系數(shù):(Klk =0.95 意思是泄漏電感是初級(jí)電感的5%)-變壓器 的總儲(chǔ)能: Wfly (能源送到輸出能量損失再加上泄漏的電感) 2) 最大和最小占空比 : Dmax and Dmin 保持不連續(xù)的運(yùn)作模式,最大持續(xù)工作時(shí)間時(shí)間必須 Vdiode.max, 并且是超快開(kāi)關(guān)二極管7-a) 輸出紋波技術(shù)參數(shù): 輸出電容- 次級(jí)電感 :在不使用額外的LC濾波器達(dá)到輸出溫波技術(shù)參數(shù)的輸出電容必須符合兩個(gè)條件:- 滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)電容容量定義: I=C*dV/dt 這里的 t 是工作時(shí)間, V is 允許輸出紋波電壓的25% 。- 電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 必須小

3、于提供最大輸出紋波的75%o. (Vripple=Ipeak*ESR)-最大輸出紋波:-最小輸出電容:-最大等效串聯(lián)電阻:-最小輸出電容:-最大等效串聯(lián)電阻:-最小輸出電容:-最大等效串聯(lián)電阻:7-b) 外加LC 濾波器的輸出紋波技術(shù)參數(shù):有時(shí)如果要達(dá)到輸出紋波技術(shù)參數(shù), 需要增加一個(gè)2階LC濾波器以減小輸出電容的尺寸和成本：衰減20dBLC 濾波器衰減: -第二輔路的二階濾波器:濾波器階數(shù) 每階減小量1 6212318424需要的衰減量 (in dB): 每階濾波器的減小量: 需要衰減的頻率: (開(kāi)關(guān)頻率)需要截至的頻率:濾波器最關(guān)鍵的參數(shù)之一是在拐角頻率。阻尼因子( zeta)描述了拐角頻

4、率與時(shí)域響應(yīng)的增益。如果阻尼因子變小,在拐角頻率的增益變大。許多濾波器,在一個(gè)阻尼因子和一個(gè)截止頻率范圍內(nèi)，理論上可以給倍程提供合適的濾波。阻尼因子遠(yuǎn)大于1可能導(dǎo)致對(duì)低頻率過(guò)大衰減不能實(shí)現(xiàn)，甚至遠(yuǎn)小于.707（3dB），從而造成振鈴，濾波器自身產(chǎn)生噪聲。 (* 階= 頻率的倍數(shù) 2:1 )-每一個(gè)輸出:-輸出負(fù)載電阻:-要求的阻尼系數(shù): -電感量計(jì)算:-電容量計(jì)算:-電感常用: -電容常用: -電容選擇:批判性的性能取決于電容濾波器使用。除了基本電壓和容量的要求,選擇低ESL電容器,因?yàn)楦哳l衰減,低ESR、帶衰減和/或中期高紋波電流能力。一個(gè)精確的濾波器的性能取決于使用的電容。選擇電容時(shí)，除了

5、需要的耐壓值和電容量外，電容的等效串聯(lián)電感（ESL）、高頻衰減度、低的等效串聯(lián)電阻（ESR）、中頻段衰減特性和高紋波電流能力都需要考慮。-扼流圈設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)的扼流圈應(yīng)該盡可能的減少寄生電容：-輸入輸出距離應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn). -單層或迭繞線圈.-選用厚的隔離而不是通常的交互隔離. 6 9 3 5 8 1 2 4 7(迭繞線圈)8) 輸入電容: 輸入電容應(yīng)該能承受最大紋波電流額定值Ip(rms) 及和ESR值結(jié)合在一起的最大輸入紋波電壓。9) 阻尼電路:緩沖器的基本目的是將電路里的漏電感從電路中轉(zhuǎn)移走。漏電感是初級(jí)電感的一部分，而不是次級(jí)電感互相耦合產(chǎn)生的。重要的是盡可能減低漏電感，因?yàn)樗档土俗儔浩?/p>

6、的效率，造成開(kāi)關(guān)器件漏極的尖脈沖。并聯(lián)在其他電路的電容會(huì)控制通過(guò)它們的電壓。通常漏電感量是初級(jí)繞組電感量的的2 - 5 %。全部能量: 1/2LI2有不同的方法來(lái)泄放這些能量并減小開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管漏極的尖脈沖。一個(gè)典型的緩沖電路是在輸入電壓和場(chǎng)效應(yīng)管之間串接一個(gè)電阻和電容器。（大約一半的能量都消耗在緩沖電路）緩沖器的電容好的起點(diǎn)是RC 時(shí)間應(yīng)該比開(kāi)關(guān)周期的保持時(shí)間長(zhǎng): 1/RCTon在低輸出功率的應(yīng)用場(chǎng)合，一個(gè)鉗位穩(wěn)壓管或者瞬態(tài)抑制器可以用在LM3488的反激電路設(shè)計(jì)中。9) 開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管: 功率耗散選擇場(chǎng)效應(yīng)管基于以下參數(shù)：最大承受電壓（第1部分），最大峰值輸入電流（第3部分）,功率損耗總和，最

7、大允許工作溫度, 和LM3488驅(qū)動(dòng)器的能力. -場(chǎng)效應(yīng)管漏極源極的擊穿電壓 (Vdss)必須高于:-場(chǎng)效應(yīng)管持續(xù)漏極電流(Id)必須高于:-最大驅(qū)動(dòng)電壓: LM3488驅(qū)動(dòng)管腳的電壓 Vdr 當(dāng)輸入電壓低于7.2V時(shí)，等于輸入電壓；當(dāng)輸入電壓高于7.2V時(shí)，Vdr等于7.2V。 -場(chǎng)效應(yīng)管總損耗和最大結(jié)點(diǎn)溫度:選擇場(chǎng)效應(yīng)管的目標(biāo)是在高效的工作時(shí)，除了最大額定電壓和最大額定電流,場(chǎng)效應(yīng)管的其他三個(gè)重要的參數(shù)場(chǎng)是漏源極導(dǎo)通電阻、門(mén)閾值電壓、門(mén)電容。開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管有3種類(lèi)型的損耗，傳導(dǎo)損耗、開(kāi)關(guān)損耗和柵極選通損耗:-傳導(dǎo)損耗等于: I2*R損耗,因此在工作時(shí)間事源極和漏極之間的電阻Rds(on) 必

8、須盡可能的低.-開(kāi)關(guān)損耗等于: Switching-time*Vds*I*frequecy. switching time, 上升時(shí)間和下降時(shí)間是損耗場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)因素。 Qgd（,驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部電阻 ）和閾值電壓 Vgs(th)（ 開(kāi)啟場(chǎng)效應(yīng)管漏源極電流的最小電壓）。 -柵級(jí)選通損耗是在每個(gè)周期由柵極電容對(duì)地漏電引起的. 柵極充電損耗等于： frequency Qg(tot) Vdr很不幸的是，最小的導(dǎo)通電阻的器件常常有較高的柵極電容。因?yàn)檫@種損耗和頻率有關(guān)系，大電流的電源常常使用很大的場(chǎng)效應(yīng)管，往往伴隨很大的柵極電容，一個(gè)可選的解決方案是減小工作頻率。柵極電容也對(duì)開(kāi)關(guān)損耗有影響. 如果柵極驅(qū)

9、動(dòng)必須驅(qū)動(dòng)一個(gè)較大的電容，就造成場(chǎng)效應(yīng)管消耗的線性區(qū)域增加并且損耗增加。 上升時(shí)間越快，開(kāi)關(guān)損耗越小。不幸的是，會(huì)造成高頻噪聲。場(chǎng)效應(yīng)管: Fairchild FQB10N20L- D2PAK(在工作時(shí)間狀態(tài)在源極漏極之間的全部電阻)(輸出電容)(全部柵極充電)(門(mén)漏極Miller 充電)(閾值電壓)-傳導(dǎo)損耗: Pcond-開(kāi)關(guān)損耗: Psw(max)調(diào)整工作時(shí)間:- 柵極充電損耗: Pgate 平均電流取決于驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電容：-總損耗: Ptot(max)-最大結(jié)溫和散熱需求 -要求的最大結(jié)溫： -最大的環(huán)境溫度： -環(huán)境溫度的熱敏電阻： Celsius如果計(jì)算的熱敏電阻低于場(chǎng)效應(yīng)

10、管數(shù)據(jù)手冊(cè)的規(guī)定值，那就需要散熱器或者高等級(jí)敷銅區(qū)域。比如一個(gè)T0-263 (D2pak) 封裝的場(chǎng)效應(yīng)管敷銅面對(duì)應(yīng)t值是： 10) 限流:LM3488 使用電流模式控制設(shè)計(jì). 電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)置針對(duì)開(kāi)關(guān)的循環(huán)限流, 并且環(huán)路控制簡(jiǎn)單。因?yàn)?LM3488最大的占空比為100%, 并且工作在不連續(xù)模式的電源最大占空比為50%，設(shè)計(jì)了限流，當(dāng)?shù)竭_(dá)50%的界限之前，峰值短路電流限制就開(kāi)始工作了。11) 變壓器設(shè)計(jì):變壓器的電感應(yīng)該以減小漏感、疊層損耗和磁材損耗為目的。工作于不連續(xù)模式變壓器的總電感會(huì)比工作與連續(xù)模式的低，并且變壓器尺寸也可以小些。但是峰值電流至少是平均值的兩倍，所以交流疊層損耗

11、和磁材損耗是比直流損耗和磁材飽和更重要的參數(shù)。疊層損耗和磁材損耗接近于同一值時(shí)，總損耗會(huì)減小。-磁材選擇:設(shè)計(jì)100kHz以上工作頻率的反激變壓器，為了減小磁材損耗,常常優(yōu)選 加磷鐵氧體材料 (TDK PC40, Philips 3C85)。窗口形狀應(yīng)該盡量寬，以減少層數(shù)，從而減小疊層損耗和泄漏電感。帶內(nèi)部氣隙的E型磁材是低損耗和低泄露電感的最佳選擇。- 減小泄漏電感、交流損耗、和EMI噪聲的疊層技術(shù)：為減小交流損耗、泄漏電感和EMI噪聲，變壓器的初級(jí)和次級(jí)疊層應(yīng)有特殊的衰減，初級(jí)疊層應(yīng)不超過(guò)3層，從而減小變壓器層疊電容和泄漏電感。在高開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)用中，疊層之間經(jīng)常使用外加絕緣層。如果變壓器有多輸出的次級(jí)疊層，最大功率的次級(jí)應(yīng)該靠近變壓器的初級(jí)。對(duì)高功率的應(yīng)用，初級(jí)的結(jié)構(gòu)氣隙是特地用來(lái)減小泄漏電感的。為避免造成趨膚效應(yīng)（高頻電流趨向?qū)w的表面）的高疊層損耗，常常使用利茲線和錫箔片。利茲線是用很多小直徑的線扭在一起組成的一個(gè)大線束。為減小初級(jí)和次級(jí)之間的共模噪聲，常常使用屏蔽條或者初級(jí)和次級(jí)間增加的疊層的辦法。增加的疊層必須接地或者連接到變壓器的高電壓輸入端。為了協(xié)助設(shè)計(jì)變壓器，可以使用磁材制造商 的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，或者Col