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方案

【芯朋寶典】反激變壓器優(yōu)化設(shè)計之一

發(fā)布時間 2020-09-30 | | 返回




攻城獅們在反激變壓器設(shè)計時，需綜合考慮電源電氣指標、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)計方法已窮于應(yīng)對，Chipown技術(shù)團隊根據(jù)多年實戰(zhàn)經(jīng)驗，將為大家陸續(xù)專題分享《反激變壓器優(yōu)化設(shè)計》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用理論。

變壓器設(shè)計考量



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

初級感量Lp影響變換器工作模式：

  • 當Lp=Lbcm,芯片工作在BCM模式；

  • 當Lp>Lbcm,芯片工作在CCM模式；

  • 當Lp<Lbcm,芯片工作在DCM模式。


磁通密度



 1.反激變壓器有變壓和儲能雙重作用：
當Q1導通則D1截止，變壓器儲能能量于初級電感Lp中；當Q1截止則D1導通，變壓器向次級負載釋放能量；
 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<Bs。  


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因子可簡化計算。




趨膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)



1.趨膚效應(yīng)：高頻電流流過導體時，越靠近導體表面電流密度越大，越靠近導體中心電流密度較小，結(jié)果使導體損耗增加。導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)流導線全部電流。

導體穿透深度@20℃

銅導體穿透深度@100℃



2.鄰近效應(yīng)：當高頻電流在兩導體中彼此反向流動，電流會集中于導體鄰近側(cè)流動。


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)計變壓器使干擾相互抵消：當共模平臺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)團隊將通過深入分析PWM、PFM、QR控制策略，分享從芯片控制入手有針對性的優(yōu)化設(shè)計反激變壓器，各位粉絲敬請關(guān)注！



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