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反激變壓器的優化設計

芯朋微電子 ? 來源:芯朋微電子 ? 作者:芯朋微電子 ? 2020-10-10 10:16 ? 次閱讀

攻城獅們在反激變壓器設計時,需綜合考慮電源電氣指標、EMC&安規、可靠性等因素,控制技術的快速發展(如PSR控制、高頻QR、ACF)使得傳統變壓器設計方法已窮于應對,Chipown技術團隊根據多年實戰經驗,將為大家陸續專題分享《反激變壓器優化設計》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

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

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,變壓器線圈的發熱則越小。

2. Krp因子統一了反激變換器的任意模式的優化分析: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、臨近效應

1.趨膚效應: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,結果使導體損耗增加。導線中電流密度從表面到中心按指數規律下降,工程上定義表面下穿透深度以內流導線全部電流。

導體穿透深度@20℃

銅導體穿透深度@100℃

2.鄰近效應: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流動。

共模噪聲

由于反激電源內部的高頻干擾源電流方向不同,可通過優化設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,向下則減少屏蔽圈數,直至共模平臺電壓控制在2V以內。

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Chipown技術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化設計反激變壓器,各位粉絲敬請關注!

責任編輯:YYX

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原文標題:【芯朋寶典】反激變壓器優化設計之一

文章出處:【微信號:chipown,微信公眾號:芯朋微電子】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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