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技術(shù)精講:CCM反激變壓器的計(jì)算過程

發(fā)布時(shí)間:2015-03-20 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】本文對(duì)參數(shù)的計(jì)算講的非常細(xì)致,按照每一步的計(jì)算過程來進(jìn)行講解,并指出其中的問題,與此同時(shí)還不忘為大家提供一些難得的經(jīng)驗(yàn)技巧,是一篇非常有指導(dǎo)性的文章,有很大的閱讀價(jià)值。
 
CCM是電感電流連續(xù)模式的簡稱,目前采用這種模式的反激變壓器正在逐漸流行起來。無論哪種類型的變壓器,計(jì)算方面的問題永遠(yuǎn)是最復(fù)雜的,網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于電路設(shè)計(jì)和硬件方面的資料很多,但是對(duì)計(jì)算部分進(jìn)行詳解的文章卻比較少,小編特意將達(dá)人的經(jīng)驗(yàn)總計(jì)為文章,幫助大家掌握CCM模式反激變壓器的計(jì)算。
 
所以在這篇文章當(dāng)中我們將主講CCM模式反激變換器的各類計(jì)算公式,以及波形。
 
基本參數(shù)
 
最小直流電壓Vdcmin:100V開關(guān)頻率F:65KHZ
 
最大直流電壓Vdcmax:375V反射電壓VOR:120V
 
輸出電壓Vo:12V原邊開關(guān)管壓降Vdson:0.5V
 
輸出功率Po:100W(8.33A)輸出整流管壓降Vd1:0.5V
 
變換效率η:0.9VCC整流管壓降Vd2:0.5V
 
次級(jí)匝數(shù)Ns:7T磁芯:EER35/40
 
注:1、非實(shí)際產(chǎn)品,僅做舉例。
 
因?yàn)镠VDC電壓的大小與Cin、溫度密切相關(guān),故不定義Vacmin;
 
3、原邊電流的計(jì)算,其實(shí)是參考了《開關(guān)電源手冊(cè)》,見p156--p180,110W反激變壓器設(shè)計(jì),原文中定義的原邊電流,IP2=3*IP1,即KRP=0.66。本文中用X、Y、Z來描述原邊電流,即固定X=10,Y為任意值,KRP也就為任意值。
 
4、損耗的計(jì)算參考了《開關(guān)電源仿真》p542,90W反激變壓器設(shè)計(jì)。
 
5、各種公式再陸續(xù)補(bǔ)充、修正;
 
6、計(jì)算結(jié)果利用了PI的電子數(shù)據(jù)計(jì)算表格核算,代入相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)即可。
計(jì)算
圖1
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注:因?yàn)閂DS的峰值電壓與漏感有密切關(guān)系,故計(jì)算式中沒有包括尖峰電壓;
 
原邊有效電流的計(jì)算公式取自于《開關(guān)電源仿真》。
 
需要注意的是,這里TON、TOFF標(biāo)反了,由于影響不大所以暫時(shí)就不改了,下一步是原邊的各種損耗計(jì)算。
 
注意第7步之后,有兩種計(jì)算方法:
 
第一種方法是先計(jì)算出峰值電流、紋波電流,再通過紋波電流來計(jì)算出原邊電感量,公式:LP=V*TON/Ip。
 
第二種計(jì)算方法是,先計(jì)算出原邊電感量,然后通過紋波電流計(jì)算出峰值電流,公式:Ip=Ia/Dmax+△i/2
 
(第二種方法見《變壓器電感器設(shè)計(jì)手冊(cè)》p293----連續(xù)模式隔離BUCK-BOOST變換器設(shè)計(jì))
第14--17步說明:
 
1、這一部分內(nèi)容,選自《開關(guān)電源仿真》,深入研究請(qǐng)參考原文。
 
2、不同的資料計(jì)算方法稍有不同,需要再查資料分析分析。
 
(關(guān)于開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,上面的計(jì)算方法應(yīng)該是正確的,參考《精通開關(guān)電源》第5章。最有可能會(huì)出現(xiàn)的問題是,測(cè)量的準(zhǔn)確性如何,因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)際值相差2--5倍。)
 
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磁性元器件計(jì)算或者是次級(jí)參數(shù)計(jì)算。
 
RCD緩沖電路有兩個(gè)作用,第一個(gè)是限制半導(dǎo)體兩端電壓的上升速率或者是減小EMC干擾,第二個(gè)是鉗位,要明白安裝RCD緩沖的目的是什么。
 
如果僅僅是鉗位,問題就簡單了,只需要把“多余”的能量儲(chǔ)存在足夠大的電容中,然后通過合適電阻的去消耗它,這里面沒有太多的學(xué)問。普通的中小功率ACDC變換器,鉗位電容選擇2200PF--0.1UF都是可以的。
 
漏感中儲(chǔ)存的能量越大,開關(guān)頻率越低,鉗位電容的容量肯定會(huì)越大。
 
另外,鉗位電容對(duì)材質(zhì)、體積有一些要求,因?yàn)闀?huì)發(fā)熱。電阻的計(jì)算也很簡單,繞組或者半導(dǎo)體兩端會(huì)有一個(gè)平臺(tái)電壓,直接計(jì)算就可以了。電阻的阻值決定了功耗,電阻上到底要消耗多少功率,取決于漏感中存儲(chǔ)的能量以及鉗位電壓的幅值。
 
例:100W的反激變換器,1%漏感,理論上你至少要消耗掉1W的功率,采用3W的電阻;
 
100W的反激變換器,2%漏感,理論上至少要消耗掉2W的功率,采用6W的電阻;
 
盡管有一部分能量會(huì)通過MOS、二極管的開關(guān)損耗消耗掉,但R上的損耗大概就是這個(gè)比例,不會(huì)相差太大。需要注意,鉗位電壓和二極管的開關(guān)速度、MOS管的驅(qū)動(dòng)能力等等都有很大的關(guān)系。
 
如果RCD消耗的功率特別大,應(yīng)該是別地地方出了問題??刂骗h(huán)路的問題很難說明白,建議參考《開關(guān)電源手冊(cè)》第三部分,第八章,特別是P435頁提到的方法三(最后兩行文章)。這里多說一句,在分析了眾多大師的作品之后,發(fā)現(xiàn)他們似乎非常喜歡這么干。
 
另外一點(diǎn),就是關(guān)于電容的計(jì)算方法,一般來說有三種:
 
第一種方法,根據(jù)期望獲得的輸出紋波電壓來計(jì)算。詳見《開關(guān)電源設(shè)計(jì)》第二版,王志強(qiáng)譯,P76;采用這種方法,可以獲得最小的電容量,通常情況下,如果采用普通的電解電容,其紋波電流一般滿足不了(這種方法似乎比較適合于超高紋波電流電容、固態(tài)電容、瓷片電容)。
 
第二種方法,根據(jù)實(shí)際計(jì)算的輸出紋波電流(有效電流),來選擇輸出電容,不考慮頻率、溫度系數(shù)。這種方法最可靠、也會(huì)最簡單,但其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致最高物料成本,此方法也是電容供應(yīng)商比較推崇的方法。
 
第三種方法,根據(jù)產(chǎn)品所需的壽命,綜合考慮開關(guān)頻率、環(huán)境溫度、電容溫升等各種綜合因素來計(jì)算輸出電容。該計(jì)算方法很多教材和各種電容應(yīng)用手冊(cè)中均有提及。計(jì)算過程一般較為復(fù)雜,但可以獲得最低的物料成本。另外采用這種方法,對(duì)測(cè)量技術(shù)也是一個(gè)很大的考驗(yàn)。
 
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