LM3488不連續(xù)模式反激設計實例(譯文

1、開關電源設計：不連續(xù)模式反激變壓器米歇爾Sclocchi編著應用工程師美國國家半導體典型的反激變換器3輸出電源:注:寫下電源要求:得到的結果:這個Mathcad文件幫助計算一個典型的不連續(xù)模式開關電源的外部元器件。輸入電壓: 最小輸入電壓: 最大輸入電壓: 輸出: 標稱輸出電壓, 最大輸出紋波,最小輸出電流, 最大輸出電流 (負)( 二極管正向壓降) 開關頻率： 變壓器效率: 1) 開關場效應管的最大應力 : -定義反激變換器的電壓互感: Vfm (Kfb 是介于1到0.5的一個值) -開關場效應管的最大開關電壓:F尖脈沖0.4:=安全系數(shù) (假設

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電感的5%)-變壓器 的總儲能: 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)的運作模式,最大持續(xù)工作時間時間必須 Vdiode.max, 并且是超快開關二極管7-a) 輸出紋波技術參數(shù): 輸出電容- 次級電感 :在不使用額外的LC濾波器達到輸出溫波技術參數(shù)的輸出電容必須符合兩個條件:- 滿足標準電容容量定義: I=C*dV/dt 這里的 t 是工作時間, 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參數(shù):有時如果要達到輸出紋波技術參數(shù), 需要增加一個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: (開關頻率)需要截至的頻率:濾波器最關鍵的參數(shù)之一是在拐角頻率。阻尼因子( zeta)描述了拐角頻

4、率與時域響應的增益。如果阻尼因子變小,在拐角頻率的增益變大。許多濾波器,在一個阻尼因子和一個截止頻率范圍內，理論上可以給倍程提供合適的濾波。阻尼因子遠大于1可能導致對低頻率過大衰減不能實現(xiàn)，甚至遠小于.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 )-每一個輸出:-輸出負載電阻:-要求的阻尼系數(shù): -電感量計算:-電容量計算:-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,因為高頻衰減,低ESR、帶衰減和/或中期高紋波電流能力。一個精確的濾波器的性能取決于使用的電容。選擇電容時，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。-扼流圈設計:設計的扼流圈應該盡可能的減少寄生電容：-輸入輸出距離應該盡可能的遠. -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: 輸入電容應該能承受最大紋波電流額定值Ip(rms) 及和ESR值結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移走。漏電感是初級電感的一部分，而不是次級電感互相耦合產(chǎn)生的。重要的是盡可能減低漏電感，因為它降低了變壓器

6、的效率，造成開關器件漏極的尖脈沖。并聯(lián)在其他電路的電容會控制通過它們的電壓。通常漏電感量是初級繞組電感量的的2 - 5 %。全部能量: 1/2LI2有不同的方法來泄放這些能量并減小開關場效應管漏極的尖脈沖。一個典型的緩沖電路是在輸入電壓和場效應管之間串接一個電阻和電容器。（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是RC 時間應該比開關周期的保持時間長: 1/RCTon在低輸出功率的應用場合，一個鉗位穩(wěn)壓管或者瞬態(tài)抑制器可以用在LM3488的反激電路設計中。9) 開關場效應管: 功率耗散選擇場效應管基于以下參數(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驅動器的能力. -場效應管漏極源極的擊穿電壓 (Vdss)必須高于:-場效應管持續(xù)漏極電流(Id)必須高于:-最大驅動電壓: LM3488驅動管腳的電壓 Vdr 當輸入電壓低于7.2V時，等于輸入電壓；當輸入電壓高于7.2V時，Vdr等于7.2V。 -場效應管總損耗和最大結點溫度:選擇場效應管的目標是在高效的工作時，除了最大額定電壓和最大額定電流,場效應管的其他三個重要的參數(shù)場是漏源極導通電阻、門閾值電壓、門電容。開關場效應管有3種類型的損耗，傳導損耗、開關損耗和柵極選通損耗:-傳導損耗等于: I2*R損耗,因此在工作時間事源極和漏極之間的電阻Rds(on) 必

8、須盡可能的低.-開關損耗等于: Switching-time*Vds*I*frequecy. switching time, 上升時間和下降時間是損耗場效應管的一個因素。 Qgd（,驅動器的內部電阻 ）和閾值電壓 Vgs(th)（ 開啟場效應管漏源極電流的最小電壓）。 -柵級選通損耗是在每個周期由柵極電容對地漏電引起的. 柵極充電損耗等于： frequency Qg(tot) Vdr很不幸的是，最小的導通電阻的器件常常有較高的柵極電容。因為這種損耗和頻率有關系，大電流的電源常常使用很大的場效應管，往往伴隨很大的柵極電容，一個可選的解決方案是減小工作頻率。柵極電容也對開關損耗有影響. 如果柵極驅

9、動必須驅動一個較大的電容，就造成場效應管消耗的線性區(qū)域增加并且損耗增加。 上升時間越快，開關損耗越小。不幸的是，會造成高頻噪聲。場效應管: Fairchild FQB10N20L- D2PAK(在工作時間狀態(tài)在源極漏極之間的全部電阻)(輸出電容)(全部柵極充電)(門漏極Miller 充電)(閾值電壓)-傳導損耗: Pcond-開關損耗: Psw(max)調整工作時間:- 柵極充電損耗: Pgate 平均電流取決于驅動的場效應管的柵極電容：-總損耗: Ptot(max)-最大結溫和散熱需求 -要求的最大結溫： -最大的環(huán)境溫度： -環(huán)境溫度的熱敏電阻： Celsius如果計算的熱敏電阻低于場效應

10、管數(shù)據(jù)手冊的規(guī)定值，那就需要散熱器或者高等級敷銅區(qū)域。比如一個T0-263 (D2pak) 封裝的場效應管敷銅面對應t值是： 10) 限流:LM3488 使用電流模式控制設計. 電流模式控制的優(yōu)點是內置針對開關的循環(huán)限流, 并且環(huán)路控制簡單。因為 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%，設計了限流，當?shù)竭_50%的界限之前，峰值短路電流限制就開始工作了。11) 變壓器設計:變壓器的電感應該以減小漏感、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，總損耗會減小。-磁材選擇:設計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：為減小交流損耗、泄漏電感和EMI噪聲，變壓器的初級和次級疊層應有特殊的衰減，初級疊層應不超過3層，從而減小變壓器層疊電容和泄漏電感。在高開關頻率應用中，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疊層，最大功率的次級應該靠近變壓器的初級。對高功率的應用，初級的結構氣隙是特地用來減小泄漏電感的。為避免造成趨膚效應（高頻電流趨向導體的表面）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大線束。為減小初級和次級之間的共模噪聲，常常使用屏蔽條或者初級和次級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)助設計變壓器，可以使用磁材制造商 的設計說明書，或者Col