老梁正反激設(shè)計(jì)總結(jié)

1、反激拓?fù)湓O(shè)計(jì)反激拓?fù)涞那吧硎荁uck-Boost變換器，只不過(guò)就是在Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流二極管之間放入一個(gè)變壓器，從而實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離的一種方式，因此，反激變換器也就是帶隔離的Buck-Boost變換器。 先學(xué)習(xí)下Buck-Boost變換器 工作原理簡(jiǎn)單介紹下1.在管子打開的時(shí)候，二極管D1反向偏置關(guān)斷，電流is流過(guò)電感L，電感電流iL線性上升，儲(chǔ)存能量！2.當(dāng)管子關(guān)斷時(shí)，電感電流不能突變，電感兩端電壓反向?yàn)樯县?fù)下正，二極管D1正向偏置開通！給電容C充電及負(fù)載提供能量！3.接著開始下個(gè)周期！從上面工作可以看出，Buck-Boost變換器是先儲(chǔ)能再釋

2、放能量，VS不直接向輸出提供能量，而是管子打開時(shí)，把能量?jī)?chǔ)存在電感，管子關(guān)斷時(shí)，電感向輸出提供能量！根據(jù)電流的流向，可以看出上邊輸出電壓為負(fù)輸出！根據(jù)伏秒法則vin*ton=vout*toffton=T*Dtoff=T*(1-D)代入上式得vin*D=vout*(1-D)得到輸出電壓和占空比的關(guān)系vout=vin*D/(1-D)看下主要工作波形  從波形圖上可以看出，晶體管和二極管D1承受的電壓應(yīng)力都為Vs+Vo（也就是vin+vout）；再看最后一個(gè)圖，電感電流始終沒有降到0，所以這種工作模式為電流連續(xù)模式（ccm模式）。如果再此狀態(tài)下把電感的電感量減小，減到一定條件下，

3、會(huì)出現(xiàn)這個(gè)波形！  從上圖可以看出，電感電流始終降到0后再到最大，所以這種模式叫不連續(xù)模式（DCM模式）。把上邊的Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流管之間加上一個(gè)變壓器就會(huì)變成反激變換器！  還是和上邊一樣，先把原理大概講下：1.開關(guān)開通，變壓器初級(jí)電感電流在輸入電壓的作用下線性上升，儲(chǔ)存能量。變壓器初級(jí)感應(yīng)電壓到次級(jí)，次級(jí)二極管D反向偏置關(guān)斷。2.開關(guān)關(guān)斷，初級(jí)電流被關(guān)斷，由于電感電流不能突變，電感電壓反向（為上負(fù)下正），變壓器初級(jí)感應(yīng)到次級(jí)，次級(jí)二極管正向偏置導(dǎo)通，給C充電和向負(fù)載提供能量！3.開始下個(gè)周期。以上假設(shè)C的容量足夠大，在二極管關(guān)斷

4、期間（開關(guān)開通期間）給負(fù)載提供能量! 咱先看下在理想情況下的VDS波形上面說(shuō)的是指變壓器和開關(guān)都是理想工作狀態(tài)！從圖上可以看出Vds是由VIN和VF組成，VIN大家可以理解是輸入電壓，那VF呢？這里我們引出一個(gè)反激的重要參數(shù)：反射電壓即VF，指次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)的砸比反射到初級(jí)的電壓?？梢杂霉奖硎緸閂F=VOUT/(NS/NP),（因分析的是理想情況，這里我們忽略了整流管的管壓降，實(shí)際是要考慮進(jìn)去的）式中VF為反射電壓；VOUT為輸出電壓；NS為次級(jí)匝數(shù)；NP為初級(jí)匝數(shù)。比如，一個(gè)反激變換器的匝比為NP:NS=6：1，輸出電壓為12V，那么可以求出反射電壓VF=12/（1/6）

5、=72V。上邊是一個(gè)連續(xù)模式（CCM模式）的理想工作波形。下面咱在看一個(gè)非連續(xù)模式（DCM模式）的理想工作波形 從圖上可以看出DCM的Vds也是由VIN和VF組成，只不過(guò)有一段時(shí)間VF為0，這段時(shí)候是初級(jí)電流降為0，次級(jí)電流也降為0。那么到底反激變化器怎么區(qū)分是工作在連續(xù)模式（CCM)還是非連續(xù)模式（DCM）？是看初級(jí)電感電流是否降到0為分界點(diǎn)嗎，NO，反激變換器的CCM和DCM分界點(diǎn)不是按照初級(jí)電感電流是否到0來(lái)分界的，而是根據(jù)初次級(jí)的電流是否到0來(lái)分界的。如圖所示  從圖上可以看出只要初級(jí)電流和次級(jí)電流不同時(shí)為零，就是連續(xù)模式（CCM)；只要初級(jí)電流和次級(jí)電流

6、同時(shí)為零，便是不連續(xù)模式（DCM）;介于這倆之間的是過(guò)度模式，也叫臨界模式（CRM）。以上說(shuō)的都是理想情況，但實(shí)際應(yīng)用中變壓器是存在漏感的（漏感的能量是不會(huì)耦合到次級(jí)的），MOS管也不是理想的開關(guān)，還有PCB板的布局及走線帶來(lái)的雜散電感，使得MOS的Vds波形往往大于VIN+VF。類似于下圖  這個(gè)圖是一個(gè)48V入的反激電源。從圖上看到MOS的Vds有個(gè)很大的尖峰，我用的200V的MOS，尖峰到了196了。這是尖峰是由于漏感造成的，上邊說(shuō)到漏感的能量不能耦合到次級(jí)，那么MOS關(guān)斷的時(shí)候，漏感電流也不能突變，所以會(huì)產(chǎn)生個(gè)很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因無(wú)法耦合到次級(jí)，會(huì)產(chǎn)生個(gè)很高的電壓尖

7、峰，可能會(huì)超過(guò)MOS的耐壓值而損壞MOS管，所以我們實(shí)際使用時(shí)會(huì)在初級(jí)加一個(gè)RCD吸收電路，把尖峰盡可能的吸到最低值，來(lái)確保MOS管工作在安全電壓。具體RCD吸收電路圖如下   簡(jiǎn)單分析下工作原理1.當(dāng)開關(guān)S開通時(shí)，二極管D反騙而截至。電感儲(chǔ)存能量。2當(dāng)開關(guān)S關(guān)斷時(shí)，電感電壓反向，把漏感能量?jī)?chǔ)存在C中，然后通過(guò)R釋放掉。細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷的時(shí)候，這個(gè)RCD電路和次級(jí)的電路是一模一樣的，D整流，C濾波。R相當(dāng)于負(fù)載。只不過(guò)輸出電壓不是VO，而變成了次級(jí)反射到初級(jí)的電壓VF。所以，注意了，R的值不能取得太小，太小了損耗嚴(yán)重，影響效率。而且電阻的功率會(huì)變的

8、很大！下邊來(lái)個(gè)加了RCD吸收的波形  關(guān)于RCD吸收的選取網(wǎng)上有很多文章，在以后我會(huì)介紹下！大家也可以看我的博客（只要在百度里搜老梁頭的博客，就會(huì)出來(lái)。里邊有一篇介紹RCD的）原理先講到這里吧，下邊我講下變壓器的設(shè)計(jì)！今天講下變壓器的設(shè)計(jì)方法！變壓器的設(shè)計(jì)方法有多種，個(gè)人感覺適合自己的才是最好的，選擇一個(gè)你自己最熟悉的，能夠理解的才是最好的！我先介紹下一種設(shè)計(jì)方法：1.先確定輸入電壓，一般是按照最低輸入直流電壓計(jì)算VINmin計(jì)算   a.要是直流輸入按直流的最低輸入來(lái)計(jì)算；   b.要是輸入為交流電，一般對(duì)于單相交流整流用電容濾波，

9、直流電壓不會(huì)超過(guò)交流輸入電壓有效值的1.4倍，也不低于1.2倍。   列如，全范圍交流輸入85-265VAC的電源，一般按85VAC時(shí)計(jì)算，那VINmin=85*1.2=102V，一般會(huì)取整數(shù)按100VDC計(jì)算。2.確定導(dǎo)通時(shí)間ton   導(dǎo)通時(shí)間ton=T*D   T為周期 T=1/f   D為最大占空比，一般在最低輸入電壓的時(shí)候，D會(huì)最大，保證輸出穩(wěn)定。   注意大的占空比可以降低初級(jí)的電流有效值，和MOS的導(dǎo)通損耗，但是根據(jù)伏秒法則，初級(jí)占空比大了，次級(jí)的肯定會(huì)小，那么次級(jí)的峰值電流會(huì)變大

10、，電流有效值變大，會(huì)導(dǎo)致輸出紋波變大！所以，一般單端反激拓?fù)涞恼伎毡冗x取不要超過(guò)0.5。   而且一般的電流控制模式，占空比大于0.5要加斜率補(bǔ)償?shù)?，?duì)調(diào)試是個(gè)難度。   還有一重要的是你的占空比決定你的匝比，匝比決定啥，嘿嘿，反射電壓VF，忘了再去上邊看下，再加上你漏感引起的尖峰，最終影響你MOS的耐壓。占空比越小匝比越小，反射電壓VF越低，MOS的電壓應(yīng)力小。反之MOS的電壓應(yīng)力大，所以占空比要考慮好了。要保證再最高電壓下你的VDS電壓在MOS的規(guī)定電壓以下，最好是降額使用，流出足夠的余量來(lái)！ 列如，電源的開關(guān)頻率為100K，最低輸入時(shí)的最

11、大占空比為0.4，那T=1/100000=10S，那么ton=0.4*10S=4S。3.確定磁芯的有效面積AE   AE一般會(huì)在磁芯的資料中給出。4.計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP  NP=VINmin*ton/B*AE  式中VINmin為直流最低輸入電壓；   ton為導(dǎo)通時(shí)間   AE為磁芯的有效面積   B為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量，這個(gè)值和磁芯材質(zhì)，及溫升等有關(guān)，一般考經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取，在之間，取得越大，余量越小，變壓器在極端情況下越容易飽和！俺一般取0.2。5.計(jì)算次級(jí)匝數(shù)NS    NS=

12、（Vo+Vd）*（1-D)*NP/VINmin*D    式中Vo為輸出電壓     Vd為二極管管壓降     D為占空比     NP為初級(jí)匝數(shù)     VINmin為最低輸入電壓6.確定次級(jí)整流二極管的應(yīng)力VDR   上邊算出變壓器的初級(jí)匝數(shù)NP和次級(jí)匝數(shù)NS后，就可以得出次級(jí)整流二極管的電壓應(yīng)力    VDR=（VINmax*NS/NP)+VOUT    式中VINmax為最大輸入電壓，要

13、保證在最高輸入電壓下你的二極管的電壓應(yīng)力不超標(biāo)。一般算出來(lái)的這個(gè)VDR還要考慮降額使用，所以二極管的耐壓要高于這個(gè)VDR值。    一般還要在整流管上并一個(gè)RC吸收，從而降低二極管反向回復(fù)時(shí)間造成的電壓尖峰！尤其是CCM模式的時(shí)候！7.確定初級(jí)電感量LP  確定電感量之前我們先看下上邊的兩個(gè)電流圖 對(duì)于上圖是兩種工作模式的初級(jí)電感電流波形，我加了兩個(gè)參數(shù)Ip1和Ip2；Ip1對(duì)應(yīng)最低輸入電流Ip2對(duì)應(yīng)最高峰值電流有上邊這兩個(gè)我們也就可以算出平均電流Iavg了Iavg=（Ip1+Ip2）Dmax/2式中Dmax為最大占空比如果輸出功率為Pout，電源效率為

14、，那么Pout/=VINmin*Iavg=VINmin*（Ip1+Ip2）Dmax/2得出Ip1+Ip2=2Pout/VINmin*Dmax*然后就可以計(jì)算Ip1和Ip2的值了對(duì)于DCM來(lái)說(shuō)，電流是降到零的，所以Ip1為零對(duì)于CCM來(lái)說(shuō)Ip1和Ip2都是未知數(shù)，又出來(lái)個(gè)經(jīng)驗(yàn)選擇了，一般取Ip2=（2-3）Ip1，不能取得太小，太小了會(huì)有一個(gè)低電流斜率，雖然這樣損耗小點(diǎn)，但容易使變壓器產(chǎn)生磁飽和，也容易使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩！俺一般取Ip2=3Ip1。計(jì)算出Ip1和Ip2后，這時(shí)候可以計(jì)算初級(jí)的電感量了在ton內(nèi)電流的變化量I=Ip2-Ip1根據(jù)（VINmin/LP）*ton=/I得出LP=VINmin

15、*ton/I到此變壓器的初級(jí)電感量計(jì)算完畢，變壓器的參數(shù)也計(jì)算完畢！還有一種計(jì)算方法，就是按照上邊的確定初級(jí)電感量的方法先確定電感量，然后來(lái)選擇磁芯，選擇磁芯的方法有很多種，一般最常用的是AP法這個(gè)公式是看資料上的，具體我也沒推倒過(guò)具體可以看看趙修科老師的那本開關(guān)電源中的磁性元器件。 式中L為初級(jí)電感量也就是LP Isp為初級(jí)峰值電流Ip也就是I，I1L為滿載初級(jí)電流有效值，但我往往會(huì)把Isp和I1L看成是一個(gè)，都是初級(jí)的峰值電流，所以仁者見仁智者見智，大家可以到應(yīng)用時(shí)具體的來(lái)微調(diào)！Bmax為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量也就是B.這個(gè)取值和上邊一樣，取得太大，磁芯小但容易飽和，而取得太

16、小磁芯的體積又很大，所以一般折中取值！而且和頻率關(guān)系也很大，要是頻率很高，建議取小點(diǎn)，因?yàn)轭l率高了損耗也大，變壓器大了有利于散熱俺經(jīng)常取0.2!K1=Jmax*Ko*10-4其中Jmax為最大電流密度俺一般取450A/平方厘米。但趙老師書里取得是420A/平方厘米Ko為窗口面積，有的也叫窗口利用率吧，一般取，具體要看繞線的結(jié)構(gòu)了，比如加不加擋墻等因素，所以選取時(shí)要充分考慮，免得因取得變壓器太小，結(jié)構(gòu)要求苛刻而繞不下，導(dǎo)致項(xiàng)目失?。?0-4是由米變厘米的系數(shù)所以上式整理下可得AP=Aw*Ae=（LP*IP2*104/450*B*Ko）4/3cm4計(jì)算出了AP就可以找到合適的磁芯，然后找到Ae再根

17、據(jù)式NP=LP*IP/B*Ae式中LP就是上邊算得初級(jí)電感量IP為初級(jí)峰值電流B為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量 AE為磁芯的有效面積后邊的次級(jí)匝數(shù)NS和次級(jí)整流二極管電壓應(yīng)力的確定就和上邊的步驟5和6一樣了！那這兩種初級(jí)匝數(shù)NP的確定方法到底哪個(gè)對(duì)呢，可以告訴大家都對(duì)。根據(jù)電磁磁感應(yīng)定律：（VINmin/LP）*ton=IP所以VINmin*ton=L*Ip所以這兩個(gè)從本質(zhì)上式一樣的。所以個(gè)人覺得第一個(gè)適合有經(jīng)驗(yàn)的工程師，可以憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇變壓器，然后來(lái)計(jì)算變壓器參數(shù)而第二種適合初學(xué)者，先確定變壓器再算變壓器參數(shù)，免得因自己經(jīng)驗(yàn)不足而走了彎路！變壓器說(shuō)到這把，以上是自己的個(gè)人意見，歡迎大家批評(píng)指正

18、。其實(shí)設(shè)計(jì)出來(lái)的參數(shù)僅供參考，由于變壓器的漏感，PCB的布局，走線等因素會(huì)在調(diào)試時(shí)做微調(diào)，最后做出一個(gè)最優(yōu)的、可靠的產(chǎn)品！下篇將講下RCD吸收的設(shè)計(jì)！這篇咱具體講下RCD吸收的設(shè)計(jì)RCD的計(jì)算方法先上個(gè)RCD鉗位的原理圖 再上個(gè)MOS的VDS波形  下面再說(shuō)幾個(gè)名詞，這幾個(gè)名詞其實(shí)大家也知道，一個(gè)是鉗位電壓，上邊用Vsn表示;一個(gè)是折射電壓，上邊用VRO表示;還有個(gè)脈動(dòng)電壓，上邊用V表示;MOS管的最大耐壓，上邊用BVdss表示；電源的最高輸入電壓，上邊用Vin max表示。1.鉗位電壓Vsn是電容C兩端的電壓，與選用MOS的BVdss及最高輸入電壓以及降額系數(shù)有

19、關(guān)，一般在最高輸入電壓Vin max下考慮0.9的降額，則有Vsn=0.9*BVdss-Vin max（我上邊的實(shí)驗(yàn)選擇的MOS為IRF640，BVdss=200V，Vin max=70V）可以算出鉗位電壓Vsn為110V2.然后算折射電壓VRO，根據(jù)VRO=（VOUT+VD)/（NS/NP）式中VOUT為輸出電壓VD為二極管管壓降NS為次級(jí)匝數(shù)NP為初級(jí)匝數(shù)我的初級(jí)NP為31匝，次級(jí)NS為10匝，管壓降VD1V，輸出電壓VOUT=12V算出VRO=（12+1）/（10/31）=40V3.確定漏感量LIK，這個(gè)可以通過(guò)測(cè)試得出，我的實(shí)測(cè)了下為2.79uH；不過(guò)可以估測(cè)此漏感值，一般為初級(jí)電感量

20、的1%-5%；4.確定峰值電流IPK的值 輸入功率PIN=POUT/， 式中POUT為輸出功率 為效率 我的輸出電壓為12V，電流為3A，假設(shè)效率為80%；代入式中得PIN=12*3/0.8=45W算出平均電流Iin-avg=PIN/Vin min式中Vin min為最小輸入電壓我的最小輸入是40V，也就是1207的最低輸入電壓。代入式得Iin-avg=45/40=1.125A確定峰值電流IPK=2*Iin-avg/max式中max為最大占空比我的設(shè)的為0.5代入式得IPK=2*1.125/0.5=4.2A5.確定鉗位電阻R的值，根據(jù)公式R=2（Vsn-

21、VRO)*Vsn/LIK*IPK*IPK*fs式中fs為開關(guān)頻率IPK*IPK為IPK的平方，俺不會(huì)寫我的頻率fs為50Khz代入式得R=【2*（110-40）*110】/【2.79*4.2*4.2*50k】R=27K6.確定R的功率PR=Vsn*Vsn/R代入數(shù)值得PR=110*110/27000=0.448W可以用1W的電阻我手頭沒有1W27k電阻所以用個(gè)30K吧7.確定鉗位電容C的值 我們前邊一直把C的點(diǎn)電壓VC當(dāng)成不變的處理，實(shí)際是有波動(dòng)的，因?yàn)橛新└械入s散電感的影響，所有會(huì)有所波動(dòng)，一般這個(gè)脈動(dòng)電壓V取鉗位電壓Vsn的5%-10%，我們這取10%吧，所以V=11V鉗位電容的值C=Vsn/V*R*fs帶入值得C=110/11*27k*50k=0.0074uF這里我們選個(gè)C=0.01uF的也就是103PF的電容回頭我把實(shí)驗(yàn)結(jié)果和波形放上來(lái)！1.初級(jí)用了C=103 R=30K,次級(jí)R=22R,C=102，峰峰值160V 2.我把初級(jí)R又并了個(gè)30K，R=15K了，別的沒動(dòng)，峰峰值150V了 我又把初級(jí)C=103改為472，R=15K，次級(jí)沒動(dòng)，峰峰值又到