精讲反激电源(上)

时间:2016-11-18 15:31来源:世纪电源网

摘要:深度解析反激电源!

本帖是专讲反激的,关于反激的恒流有很多,最常规常见的就是后面 检测电阻+运放恒流;其他PFC恒流需要看IC本身是否支持;PSR原边反馈恒流目前做的有两种模式,一种是在MOS管关断漏感引起震荡后面平台的那段电源取点来实现恒流,另一种方式就是在电流斜线上升的过程中取点恒流,无非就这两种,具体的看哪家的IC了。


讲反激变压器之前,先说明两个定义:
1.Vor定义为反射电压。
2.Krp定义为电流的波峰比,即峰峰值:峰值。
反激是由Buck-Boost电路演变而来,最苛刻的点为最低输入电压,输出满载时,所以我们要选择这个点来设计。

一、选定反射电压Vor
选反射电压就是确定最大占空比
D=Vor/(Vor+Vs),D为占空比,Vor反射电压,Vs最低输入电压(此电压一般为输入的交流Vac*1.2,因为整流后的电解电容不会无穷大)。
此公式由以下推到可得:
当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,线性的上升,有公式上升了的I=Vs*Ton/L,这三项分别是原边输入电压,开关管开通时间,和原边电感量。在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的I=Vor*Toff/L,这三项分别是原边感应电压,即放电电压,开关管关断时间,和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流的值会回到和原来一样,不可能会变,所以,有Vs*Ton/L=Vor*Toff/L,,上升了的,等于下降了的,上式中可以用D来代替Ton,用1-D来代替Toff,移项可得,D=Vor/(Vor+Vs),亦是最大占空比。
二、确定原边电流的参数值
无非三个值:平均值、有效值、峰值。
1
上图为原边电流波形图
前面已经说过,Krp的定义,我们来解方程吧,今天先说到这,方程如下:
2
三、选定变压器磁芯
选磁芯有两种方法,一个是用AP法计算,这个计算繁琐,而且也不是太准确,二是经验法,我一般靠经验。如果没有经验也没有关系,先选一个磁芯如果不行在换大一点的,慢慢经验积累起来以后,就好了。
四、计算变压器原边匝数、线经等
计算匝数、线经首先要选一个B值,这个B值一般选取在0.1-0.25之间,当然了要以最后核算的B值为准,一般情况不要超0.3,特殊情况可以,一般作为锰锌铁氧体,B值也就到4800GS,即0.48T。说到这里有个法拉第电磁感应定律公式,V*T=L*I=N*B*S,各个字母代表意思就不用说了吧。
线经的载流密度一般4-10A/mm2,如果是铝基板的那种或者强冷风散热另当别论,如果多股线的话,最好不要超过0.4mm并饶,趋肤效应。
五、计算变压器次边匝数、线经等
所有的公式和第四步基本一样,载流密度亦同。
六、计算变压器反馈绕组匝数
计算匝数原理同上,线经选取0.2mm的即可,因为IC一般吃电流也就几个mA,线太细了容易断,太粗了成本受不了。
七、计算变压器电感量
公式还是法拉第电磁感应定律公式。
八、核算以上参数
至此变压器设计基本算完毕。
 
下面把用到的公式看看弄成PDF格式是否可以上传。
图片可以上传了:
3
最后大家自己编一个表格,根据上面我的公式,这样变压器设计基本就完成了。我只能给出模板,PDF的,大家自己动手做。
图片可以上传了:
4
下铺残哥:
问一下,初级线圈匝数是否可以通过以下公式计算?
Np=Lp*Ippk/(B*Se)    
初级线圈电感Lp,可以用下面公式计算吗?
Lp=Uin*Ton/Ippk   (我是根据基本的关系L=U*dt/di 来计算的,Uin是 220v*1.414)
不知道Lp这样理解对不对。撸主给的公式,还有krp。为什么要加这个系数,不是很明白。
Np和Lp的计算有差别,请大师指点。
我明白了ccm模式下,krp=1   
 
楼主:
虽然套用的是法拉第电磁感应定律,但是对公式没有理解透,电流是上升的电流,非峰值电流,Np=Vs*Ton/Bset/Se来算,这个时候你还没有到计算电感量的那一步,另外Lp=Vs*Tona(核算后的)/[Ippa(核算后的)*Krp],Ippa*Krp才是上升的电流,我们前面已经定义了,Krp为峰峰值/峰值电流。
我明白了ccm模式下,krp=1   
波形无法上传,等我研究下是什么原因,上传波形后就一目了然了。
 
下铺残哥:
KRP一般怎么取值比较好?
 
楼主:
CCM模式,Krp一般在0.6左右设计,不能一概而论的。
 
下铺残哥:
非常感谢。我也用你的公式,验证了我们公司的一些开关电源部的参数。很接近。
受益匪浅。
还有两个问题,还请分享一下:
1)国内常用的开关电源ic有哪些阿?
非隔离和隔离电源,我常用罗姆和三肯(sanken)的,其他的没有用过,有机会想买来自己做做。
2)不知道大湿在pfc 这块有没有搞过。
我只知道提高功率因数和过高周波实验的时候最好有这回路。但实际参数设计并不了解。
 
楼主:
1.如果是初学者建议把3842??吃透,然后无论哪家的IC原理都差不多,只不过集成了很多其他的功能,如OLP\OTP、软启动等等的。用哪家的IC无所谓,关键IC的datasheet你的吃够,这样就OK了。
2.PFC在2009年学习的时候就玩过了,当时玩的MC33262和NCP1654,前者是CRM模式,后者是CCM模式的,无论哪种,把datasheet看懂,然后自己编写一个表格方便以后用。
 
天涯:
楼主,请问反射电压Vor 如何选取,有么有理论依据?

楼主:
选取反射电压的过程也是选取最大占空比的过程,上面已经有说明,在着重说明一下:
反射电压的选取和以下因素有关
最低输入电压,如果你电源是85~264Vac输入,那么85*1.2=102Vdc(一般电解电容由于成本的问题要*1.2,如果电解不惜成本可以*1.414,看情况了,这个电压是整流滤波后的电压,它是有纹波的,按照波谷考虑),我们选取100Vdc,D=Vor/(Vor+Vs),如果你反射电压选取80V,那么占空比D就是80/(80+100)=0.44,一般在最低输入电压的时候最大占空比不要超0.5,超了0.5,会有个右半平面零点,必须加斜坡补偿来抵消,环路不好调试,初学者建议不要尝试,有经验了可以设计最大占空比大于0.5,那么Vor可以选大点,但是选大Vor有一问题,在最高输入电压的时候264Vac,264Vac*1.414=374V,如果你反射选取的大,在MOS管关断的时候可以计算峰值电压为:374V+Vor+漏感和杂散电容谐振引起的尖峰=...,MOS的耐压就要选的高一些,这样成本又上去了,当然你可以选择RCD+TVS的方式做吸收,这个还是折中的问题,性价比最大化是根本。  
现在这种反激电源,恨不得能省个贴片电阻,绝不加贴片电阻,成本拼的太厉害了。综合考虑!
 
天涯:
谢谢楼主热心回复,还是Vor取值的问题,按照楼主的说法,我只需要根据给定参数中的最低交流输入电压就可以计算Vor取值。
我不是使坏,只是想把楼主给定的输入电压范围:85Vac~265Vac,修改成138Vac~265Vac,
按照上面的取值方式,Vin_dcmin=138Vac*1.2=165.6V, 我取Vor=160V(这种取法没问题吧),
Dmax=Vor/(Vor+Vin_dcmin)=0.491,.....
啊, Semiconductor, TI...他们的3845不能用了耶(duty_max<=0.46/0.47),
我好想说错了什么。
 
楼主:
3845要求占空比不大于0.5,实际使用的时候不能超0.46,这个很多产品都验证过了。
如果经验丰富,MOS管不惜成本,吸收回路不嫌麻烦,效率又不要求很高,反射电压可以取到130-150的,这个没问题。
反射电压,是你自己选的。
 
赵日天:
电压范围:85Vac~265Vac,修改成138Vac~265Vac,这个不是包括的关系么,直接按85V计算不就好了,干嘛非得按138V来计算?
 
天涯:
NO,给定参数里要求最低电压138Vac才能开机,不可以吗?
 
赵日天:
138V开机不开机这个是由于IC有输入电压检测吧,IC检测到低于这个电压就不开机,与计算变压器关系不打我觉得,你85V占空比估计0.46那138V的时候占空比小点了啊。
 
楼主:
一个是设计变压器的时候,138V输入的时候就在重启,这个点是需要反复设计几次的,以前给青岛某公司设计的一款电源就是这样。
要不就加输入欠压保护电路低于138Vac的时候不启动,只有高于这个值才启动,办法很多。
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