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01_开关电源设计-从零开始教你反激变换器设计.docx
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开关电源、反击变换器设计
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从零开始教你设计反激变换器
author:小高霸气
data:2021.04.16
开关电源的设计是一份非常耗时费力的苦差事,需要不断地修正多个设计变量,
直到性能达到设计目标为止。本文 step-by-step 介绍反激变换器的设计步骤,
并 以 一 个 6.5W 隔 离 双 路 输 出 的 反 激 变 换 器 设 计 为 例 , 主 控 芯 片 采 用
NCP1015。
基本的反激变换器原理图如图 1 所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功
率(1W~60W)开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是
最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、低成本、易于实现是反激
变换器突出的优点。
接下来,参考图 2 所示的设计步骤,一步一步设计反激变换器
1.Step1:初始化系统参数
------输入电压范围:Vinmin_AC 及 Vinmax_AC
------电网频率:)ine(国内为 50Hz)
------输出功率:(等于各路输出功率之和)
------初步估计变换器效率:η(低压输出时,η 取 0.7~0.75,高压输出时,η
取 0.8~0.85)根据预估效率,估算输入功率:
对多路输出,定义 KL(n)为第 n 路输出功率与输出总功率的比值:
单路输出时,KL(n)=1
2. Step2:确定输入电容 Cbulk
Cbulk 的取值与输入功率有关,通常,对于宽输入电压(85~265VAC),取
2~3μF/W;对窄范围输入电压(176~265VAC),取 1μF/W 即可,电容充
电占空比 Dch 一般取 0.2 即可。
一般在整流后的最小电压 Vinmin_DC 处设计反激变换器,可由 Cbulk 计算
Vinmin_DC:
3. Step3:确定最大占空比 Dmax
反激变换器有两种运行模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式
(DCM)。两种模式各有优缺点,相对而言,DCM 模式具有更好的开关特性,
次级整流二极管零电流关断,因此不存在 CCM 模式的二极管反向恢复的问题。
此外,同功率等级下,由于 DCM 模式的变压器比 CCM 模式存储的能量少,故
DCM 模式的变压器尺寸更小。但是,相比较 CCM 模式而言,DCM 模式使得
初级电流的 RMS 增大,这将会增大 MOS 管的导通损耗,同时会增加次级输出
电容的电流应力。因此,CCM 模式常被推荐使用在低压大电流输出的场合,
DCM 模式常被推荐使用在高压 小电流输出的场合。
图 4 反激变换器
对 CCM 模式反激变换器而言,输入到输出的电压增益仅仅由占空比决定。而
DCM 模式反激变换器,输入到输出的电压增益是由占空比和负载条件同时决
定的,这使得 DCM 模式的电路设计变得更复杂。但是,如果我们在 DCM 模
式与 CCM 模式的临界处(BCM 模式)、输入电压最低(Vinmin_DC)、满
载条件下,设计 DCM 模式反激变换器,就可以使问题变得简单化。于是,无
论反激变换器工作于 CCM 模式,还是 DCM 模式,我们都可以按照 CCM 模式
进行设计。
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