LM3488不連續(xù)模式反激設(shè)計(jì)實(shí)例(譯文)教學(xué)內(nèi)容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LM3488不連續(xù)模式反激設(shè)計(jì)實(shí)例(譯文)-開關(guān)電源設(shè)計(jì)：不連續(xù)模式反激變壓器米歇爾Sclocchi編著michele.sclocchi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)開關(guān)頻率：變壓器效率:開關(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

2、到0.5的一個(gè)值)-開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的最大開關(guān)電壓:F尖脈沖0.4安全系數(shù)(假設(shè)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)最大和最小占空比:DmaxandDmin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,Vis允許輸出紋波電壓的25%。-電容的等效串聯(lián)電阻(ES

3、R)必須小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16212318424需要的衰減量(indB):每階濾波器的減小量:需要衰減的頻率:(開關(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)描述了拐角頻率與時(shí)域響應(yīng)的增益

4、。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)，除了需要的耐壓值和電容量外，電容的等效

5、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.693581247(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档土俗儔浩鞯男?，造成開關(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

6、過它們的電壓。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有不同的方法來泄放這些能量并減小開關(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(Vd

7、ss)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、門閾值電壓、門電容。開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管有3種類型的損耗，傳導(dǎo)損耗、開關(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)必須盡可能的低.-開關(guān)損耗等于:Switching-time*Vds*I*frequecy.swi

8、tchingtime,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：frequencyQg(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)開關(guān)損耗有影響.如果柵極驅(qū)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，開關(guān)損耗越小。不幸的是，會(huì)造成高頻噪聲

9、。場(chǎng)效應(yīng)管:FairchildFQB10N20L-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)(門漏極Miller充電)(閾值電壓)-傳導(dǎo)損耗:Pcond-開關(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)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

10、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)開關(guān)的循環(huán)限流,并且環(huán)路控制簡(jiǎn)單。因?yàn)長(zhǎng)M3488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

11、加磷鐵氧體材料(TDKPC40,Philips3C85)。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3層，從而減小變壓器層疊電容和泄漏電感。在高開關(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