Flyback反激设计总结演示幻灯片

Flyback反激设计总结,Sun2014.09.10,目錄,反激变换器的应用反激变换器的工作原理反激变压器的设计步骤设计时的注意事项及课后作业,目錄,反激变换器的应用反激变换器的工作原理反激变压器的设计步骤设计时的注意事项及课后作业,反激变换器的应用,众所周知，电子设备都需要电源，并且95%以上的电源是开关电源。而对于中小功率的开关电源使用最多的拓扑是反激结构。实际应用场合：功率一般在150W以内的隔离电源，如笔记本电脑适配器、手机适配器、工业电源等。,优点：1、电路简单，成本低，可靠性高。2、输入电压在很大的范围内波动时，仍能稳定输出，无需输入电压切换而达到稳定输出的要求。3、转换效率较高，损耗小。4、容易实现多路输出,缺点：1、输出电压纹波较大，负载调整精度不高，输出功率受限制，通常应用于150W以下。2、工作在CCM模式下，有较大的直流分量，易导致变压器磁芯饱和，从而加大了变压器的体积。3、当变换器工作在CCM/DCM两种不同状态下，变压器设计和环路补偿设计较困难。,目錄,反激变换器的应用反激变换器的工作原理反激变压器的设计步骤设计时的注意事项及课后作业,反激变换器的工作原理,Flyback与Buck-Boost之间的关系,+,反激变换器的工作原理,当开关晶体管Trton时,变压器初级Np有电流Ip,并将能量储存于其中(E=Lp*Ip*Ip/2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Troff时,由楞次定律:(e=-N/T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通。,目錄,反激变换器的应用反激变换器的工作原理反激变压器的设计步骤设计时的注意事项及课后作业,反激变压器的设计步骤,系统输入规格：,输入电压：VacminVacmax输入频率：fL输出电压：Vo输出电流：Io工作频率：fs输出功率：Po预计效率：输入功率：Pin=Po/最大温升：40,反激变压器的设计步骤,1.1选择开关管和输出整流二极管1.2计算变压器匝比1.3确定最低输入电压和最大占空比1.4反激变换器的工作过程分析1.5计算初级临界电流均值与峰值1.6计算变压器初级电感量1.7选择变压器磁芯1.8计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度1.9满载时初级峰值电流1.10最大工作磁芯密度Bmax1.11计算变压器初级电流、副边电流的有效值1.12计算原边绕组、副边绕组的线径，估计窗口占有率1.13计算绕组的铜损与铁损1.14变压器绕线结构及工艺,反激变压器的设计步骤,1.1选择开关管和输出整流二极管,开关管MOSFET：耐压值为Vds-mos输出二极管：（1）肖特基二极管（2）最大反向电压Vd（3）正向导通压降为Vf,1.2计算变压器匝比,考虑开关器件电压应力余量(Typ=20%)开关ON开关OFF匝比,Note：计算匝比一般有两种方法，一种如上图所示；另一种方法先确定工作模式和占空比，再进行计算，可参考3KW辅助电源设计实例。,1.3确定输入滤波电容上的最低输入电压和最大占空比,反激变压器的设计步骤,输入滤波电容：2uF3uF/W（经验值）最低输入电压（假设tc=3mS）最低输入电压，最大功率时，占空比最大Dmax,反激变压器的设计步骤,1.4反激变换器的工作过程分析（以CCM设计为例）,（1）低输入电压时，负载从轻载到重载，变压器经历从DCM-BCM-CCM的过程；（2）高压输入时，负载从轻载到重载，变压器可能一直工作在DCM；,反激变压器的设计步骤,1.5计算初级临界电流均值和峰值,按照最小输入电压，最大输出功率（Po_max）的条件计算：Note：临界点的设计视具体情况而定，通常有两种方式定义临界点：1）设定满载的百分之几十达临界点；2）设定满载时的电流纹波系数Kr，当Kr刚好上升到1时为临界点。例如当Po=1/3Po_max时，变换器工作在BCM临界模式；当Po1/3Po_max时，变换器工作在CCM连续模式；BCM模式下，最小输入电压时的平均输入电流：变压器初级临界电流峰值：,反激变压器的设计步骤,1.6计算变压器初级电感量,最低输入电压，BCM条件下，最大导通时间：变压器初级电感量：,1.7选择变压器磁芯,基于输出功率和开关频率计算面积乘积，根据面积乘积来选择磁芯（近似的估算公式）：Ko是窗口的铜填充系数，取Ko=0.2Kc是磁芯填充系数，对于铁氧体磁芯取Kc=1Bm是变压器工作磁通密度，取Bm=0.5*Bsat=1600GJ是电流密度，取J=4.0A/mm2Note：考虑绕线空间，尽量选择窗口面积大的磁芯，查表选择Aw和Ae,反激变压器的设计步骤,1.8计算变压器初级、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度,初级绕组的匝数：（1）增加或者减小匝数只会分别引起磁芯损耗的减小或增加。（2）以TDG公司的TP4W铁氧体磁芯为例，在100kHZ的条件下，损耗与成正比，匝数减小5%会使磁芯损耗增加15%次级绕组匝数：辅助绕组匝数：气隙长度：,反激变压器的设计步骤,1.9满载时初级的峰值电流,（1）工作在CCM模式时，Ton_max固定不变（2）输入电压不变，BCM的Ton_max等于CCM的Ton_maxTon_max内，电感电流线性上升增量：低输入电压，满载条件下：变压器初级峰值电流：,反激变压器的设计步骤,1.10最大工作磁芯密度Bmax,如果BmaxVinmax+n*(Vo+Vf)），并留一定的余量（漏感还将引起一个电压尖峰）。并且如果Dmax大于0.5，那么对于峰值电流控制的方案需要加入谐波补偿电路。,设计时的注意事项及课后作业,5、设计反激电源还需要学习的主要内容,（1）反馈环路与控制电路的学习，例如光耦TL431反馈电路、UC3843峰值电流控制等。（2）热设计，需要考虑器件的散热，这对于产品的可靠性影响很大。（3）PCB设计，需要考虑布局