老梁正反激設計總結

1、反激拓撲設計反激拓撲的前身是Buck-Boost變換器，只不過就是在Buck-Boost變換器的開關管和續(xù)流二極管之間放入一個變壓器，從而實現(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。 先學習下Buck-Boost變換器 工作原理簡單介紹下1.在管子打開的時候，二極管D1反向偏置關斷，電流is流過電感L，電感電流iL線性上升，儲存能量！2.當管子關斷時，電感電流不能突變，電感兩端電壓反向為上負下正，二極管D1正向偏置開通！給電容C充電及負載提供能量！3.接著開始下個周期！從上面工作可以看出，Buck-Boost變換器是先儲能再釋

2、放能量，VS不直接向輸出提供能量，而是管子打開時，把能量儲存在電感，管子關斷時，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承受的電壓應力都為Vs+Vo（也就是vin+vout）；再看最后一個圖，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、會出現(xiàn)這個波形！  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變換器的開關管和續(xù)流管之間加上一個變壓器就會變成反激變換器！  還是和上邊一樣，先把原理大概講下：1.開關開通，變壓器初級電感電流在輸入電壓的作用下線性上升，儲存能量。變壓器初級感應電壓到次級，次級二極管D反向偏置關斷。2.開關關斷，初級電流被關斷，由于電感電流不能突變，電感電壓反向（為上負下正），變壓器初級感應到次級，次級二極管正向偏置導通，給C充電和向負載提供能量！3.開始下個周期。以上假設C的容量足夠大，在二極管關斷

4、期間（開關開通期間）給負載提供能量! 咱先看下在理想情況下的VDS波形上面說的是指變壓器和開關都是理想工作狀態(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？這里我們引出一個反激的重要參數(shù)：反射電壓即VF，指次級輸出電壓按照初次級的砸比反射到初級的電壓?？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，實際是要考慮進去的）式中VF為反射電壓；VOUT為輸出電壓；NS為次級匝數(shù)；NP為初級匝數(shù)。比如，一個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。上邊是一個連續(xù)模式（CCM模式）的理想工作波形。下面咱在看一個非連續(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，只不過有一段時間VF為0，這段時候是初級電流降為0，次級電流也降為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）？是看初級電感電流是否降到0為分界點嗎，NO，反激變換器的CCM和DCM分界點不是按照初級電感電流是否到0來分界的，而是根據(jù)初次級的電流是否到0來分界的。如圖所示  從圖上可以看出只要初級電流和次級電流不同時為零，就是連續(xù)模式（CCM)；只要初級電流和次級電流

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

7、峰，可能會超過MOS的耐壓值而損壞MOS管，所以我們實際使用時會在初級加一個RCD吸收電路，把尖峰盡可能的吸到最低值，來確保MOS管工作在安全電壓。具體RCD吸收電路圖如下   簡單分析下工作原理1.當開關S開通時，二極管D反騙而截至。電感儲存能量。2當開關S關斷時，電感電壓反向，把漏感能量儲存在C中，然后通過R釋放掉。細心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)，當開關關斷的時候，這個RCD電路和次級的電路是一模一樣的，D整流，C濾波。R相當于負載。只不過輸出電壓不是VO，而變成了次級反射到初級的電壓VF。所以，注意了，R的值不能取得太小，太小了損耗嚴重，影響效率。而且電阻的功率會變的

8、很大！下邊來個加了RCD吸收的波形  關于RCD吸收的選取網(wǎng)上有很多文章，在以后我會介紹下！大家也可以看我的博客（只要在百度里搜老梁頭的博客，就會出來。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計！今天講下變壓器的設計方法！變壓器的設計方法有多種，個人感覺適合自己的才是最好的，選擇一個你自己最熟悉的，能夠理解的才是最好的！我先介紹下一種設計方法：1.先確定輸入電壓，一般是按照最低輸入直流電壓計算VINmin計算   a.要是直流輸入按直流的最低輸入來計算；   b.要是輸入為交流電，一般對于單相交流整流用電容濾波，

9、直流電壓不會超過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時計算，那VINmin=85*1.2=102V，一般會取整數(shù)按100VDC計算。2.確定導通時間ton   導通時間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候，D會最大，保證輸出穩(wěn)定。   注意大的占空比可以降低初級的電流有效值，和MOS的導通損耗，但是根據(jù)伏秒法則，初級占空比大了，次級的肯定會小，那么次級的峰值電流會變大

10、，電流有效值變大，會導致輸出紋波變大！所以，一般單端反激拓撲的占空比選取不要超過0.5。   而且一般的電流控制模式，占空比大于0.5要加斜率補償?shù)?，對調試是個難度。   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的電壓應力小。反之MOS的電壓應力大，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！ 列如，電源的開關頻率為100K，最低輸入時的最

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一般會在磁芯的資料中給出。4.計算初級匝數(shù)NP  NP=VINmin*ton/B*AE  式中VINmin為直流最低輸入電壓；   ton為導通時間   AE為磁芯的有效面積   B為磁感應強度變化量，這個值和磁芯材質，及溫升等有關，一般考經(jīng)驗來選取，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.計算次級匝數(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為初級匝數(shù)     VINmin為最低輸入電壓6.確定次級整流二極管的應力VDR   上邊算出變壓器的初級匝數(shù)NP和次級匝數(shù)NS后，就可以得出次級整流二極管的電壓應力    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力不超標。一般算出來的這個VDR還要考慮降額使用，所以二極管的耐壓要高于這個VDR值。    一般還要在整流管上并一個RC吸收，從而降低二極管反向回復時間造成的電壓尖峰！尤其是CCM模式的時候！7.確定初級電感量LP  確定電感量之前我們先看下上邊的兩個電流圖 對于上圖是兩種工作模式的初級電感電流波形，我加了兩個參數(shù)Ip1和Ip2；Ip1對應最低輸入電流Ip2對應最高峰值電流有上邊這兩個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*然后就可以計算Ip1和Ip2的值了對于DCM來說，電流是降到零的，所以Ip1為零對于CCM來說Ip1和Ip2都是未知數(shù)，又出來個經(jīng)驗選擇了，一般取Ip2=（2-3）Ip1，不能取得太小，太小了會有一個低電流斜率，雖然這樣損耗小點，但容易使變壓器產生磁飽和，也容易使系統(tǒng)產生震蕩！俺一般取Ip2=3Ip1。計算出Ip1和Ip2后，這時候可以計算初級的電感量了在ton內電流的變化量I=Ip2-Ip1根據(jù)（VINmin/LP）*ton=/I得出LP=VINmin

15、*ton/I到此變壓器的初級電感量計算完畢，變壓器的參數(shù)也計算完畢！還有一種計算方法，就是按照上邊的確定初級電感量的方法先確定電感量，然后來選擇磁芯，選擇磁芯的方法有很多種，一般最常用的是AP法這個公式是看資料上的，具體我也沒推倒過具體可以看看趙修科老師的那本開關電源中的磁性元器件。 式中L為初級電感量也就是LP Isp為初級峰值電流Ip也就是I，I1L為滿載初級電流有效值，但我往往會把Isp和I1L看成是一個，都是初級的峰值電流，所以仁者見仁智者見智，大家可以到應用時具體的來微調！Bmax為磁感應強度變化量也就是B.這個取值和上邊一樣，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！而且和頻率關系也很大，要是頻率很高，建議取小點，因為頻率高了損耗也大，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，具體要看繞線的結構了，比如加不加擋墻等因素，所以選取時要充分考慮，免得因取得變壓器太小，結構要求苛刻而繞不下，導致項目失??！10-4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就是上邊算得初級電感量IP為初級峰值電流B為磁感應強度變化量 AE為磁芯的有效面積后邊的次級匝數(shù)NS和次級整流二極管電壓應力的確定就和上邊的步驟5和6一樣了！那這兩種初級匝數(shù)NP的確定方法到底哪個對呢，可以告訴大家都對。根據(jù)電磁磁感應定律：（VINmin/LP）*ton=IP所以VINmin*ton=L*Ip所以這兩個從本質上式一樣的。所以個人覺得第一個適合有經(jīng)驗的工程師，可以憑經(jīng)驗來選擇變壓器，然后來計算變壓器參數(shù)而第二種適合初學者，先確定變壓器再算變壓器參數(shù)，免得因自己經(jīng)驗不足而走了彎路！變壓器說到這把，以上是自己的個人意見，歡迎大家批評指正

18、。其實設計出來的參數(shù)僅供參考，由于變壓器的漏感，PCB的布局，走線等因素會在調試時做微調，最后做出一個最優(yōu)的、可靠的產品！下篇將講下RCD吸收的設計！這篇咱具體講下RCD吸收的設計RCD的計算方法先上個RCD鉗位的原理圖 再上個MOS的VDS波形  下面再說幾個名詞，這幾個名詞其實大家也知道，一個是鉗位電壓，上邊用Vsn表示;一個是折射電壓，上邊用VRO表示;還有個脈動電壓，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，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（我上邊的實驗選擇的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為次級匝數(shù)NP為初級匝數(shù)我的初級NP為31匝，次級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，這個可以通過測試得出，我的實測了下為2.79uH；不過可以估測此漏感值，一般為初級電感量

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為開關頻率IPK*IPK為IPK的平方，俺不會寫我的頻率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30K吧7.確定鉗位電容C的值 我們前邊一直把C的點電壓VC當成不變的處理，實際是有波動的，因為有漏感等雜散電感的影響，所有會有所波動，一般這個脈動電壓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C=0.01uF的也就是103PF的電容回頭我把實驗結果和波形放上來！1.初級用了C=103 R=30K,次級R=22R,C=102，峰峰值160V 2.我把初級R又并了個30K，R=15K了，別的沒動，峰峰值150V了 我又把初級C=103改為472，R=15K，次級沒動，峰峰值又到