反激變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

攻城獅們?cè)诜醇ぷ儔浩髟O(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮電源電氣指標(biāo)、EMC&安規(guī)、可靠性等因素，控制技術(shù)的快速發(fā)展(如PSR控制、高頻QR、ACF)使得傳統(tǒng)變壓器設(shè)計(jì)方法已窮于應(yīng)對(duì)，Chipown技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)多年實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，將為大家陸續(xù)專題分享《反激變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)》的系列心得，希望能助電源攻城獅們一臂之力！

本期為大家分享AP法則、磁通密度、電流密度和共模噪聲等實(shí)用理論。

變壓器設(shè)計(jì)考量

AP法則

1、多大窗口面積Aw可以保證變壓器線圈繞制且安全距離充足？

2、多大磁芯有效截面積Ae可以保證變壓器最大功率下也不飽和？

3、AP值定義為Aw和Ae的乘積，滿足AP值的磁芯及配套骨架為可用變壓器:

變壓器匝比n和初級(jí)感量Lp

變壓器匝比n影響Q1的Vds電壓、D1的Vrr電壓，并受最大占空比限制

初級(jí)感量Lp影響變換器工作模式：

當(dāng)Lp=Lbcm,芯片工作在BCM模式；

當(dāng)Lp>Lbcm,芯片工作在CCM模式；

當(dāng)Lp

磁通密度

1.反激變壓器有變壓和儲(chǔ)能雙重作用：當(dāng)Q1導(dǎo)通則D1截止，變壓器儲(chǔ)能能量于初級(jí)電感Lp中；當(dāng)Q1截止則D1導(dǎo)通，變壓器向次級(jí)負(fù)載釋放能量；2.由于反激變換器多基于峰值電流控制，因而Ipmax由控制芯片通過CS電阻限定；3.變壓器磁化曲線在第一象限：為防止變壓器飽和，磁芯需開氣隙，使得最大磁通密度Bm

電流增量

最大原邊電流

最大磁通密度

磁化曲線

電流密度

1.電流密度定義為流過線圈電流有效值除以線圈截面積。電流密度越小，變壓器線圈的發(fā)熱則越小。

2. Krp因子統(tǒng)一了反激變換器的任意模式的優(yōu)化分析:Krp因子越小，變壓器原副邊的電流峰值及有效值越小。不同工作模式下，反激變壓器工作電流波形差異較大,通過Krp因子可簡(jiǎn)化計(jì)算。

趨膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)

1.趨膚效應(yīng)：高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，越靠近導(dǎo)體表面電流密度越大，越靠近導(dǎo)體中心電流密度較小，結(jié)果使導(dǎo)體損耗增加。導(dǎo)線中電流密度從表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降，工程上定義表面下穿透深度以內(nèi)流導(dǎo)線全部電流。

導(dǎo)體穿透深度@20℃

銅導(dǎo)體穿透深度@100℃

2.鄰近效應(yīng)：當(dāng)高頻電流在兩導(dǎo)體中彼此反向流動(dòng)，電流會(huì)集中于導(dǎo)體鄰近側(cè)流動(dòng)。

共模噪聲

由于反激電源內(nèi)部的高頻干擾源電流方向不同，可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)變壓器使干擾相互抵消：當(dāng)共模平臺(tái)電壓向上則增加屏蔽圈數(shù)，向下則減少屏蔽圈數(shù)，直至共模平臺(tái)電壓控制在2V以內(nèi)。

變壓器寄生電容分析模型

共模噪音分析模型

共模噪音波形

后續(xù)Chipown技術(shù)團(tuán)隊(duì)將通過深入分析PWM、PFM、QR控制策略，分享從芯片控制入手有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)反激變壓器，各位粉絲敬請(qǐng)關(guān)注！

責(zé)任編輯：YYX