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正激电路设计总结

发布时间: 2013-04-10 16:37:55     来源: EDA中国

正激电路设计的一些总结

       在DC-DC通信领域里,目前正激有源钳位占了大半江山,特别是国内的模块电源厂家,其中使用控制芯片比较的多的是国半的LM5025NCP1562,目前这两个芯片我都有成熟的设计案例,NCP1562按推荐的电路调试是很难达到模块的电源的设计要求,主要是电压环路的设计上有不少问题。 第一次在电源网发博,今天就想说说对在正激设计中,变压器一些不定参数的选择,如变压的△B和Bmax的选择、占空比的选择、因为已有太多的初学者问过同样的问题了,希望能初学电源的革命同志有点帮助。 首先我们要正确理解正激变压的特点,正激变压的工作模式是,变压器一边导通一边传递能量,可以把它理解成隔离的BUCK,其实正激才是真正的变压器,它不存储能量,只是把能量向副边传递,所以正激变压器不需要开气隙,而反激变压相当于一个隔离电感,先存储能量在传递能量,磁芯的特性是低磁阻的,无法存储能量,所以反激变压器需要开气隙来存储能量,好不要扯远了,这里这是描述一下正激变压器工作的特点。任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁,正激变压器集成产生的能量不能传递到副边,反激可以,所以正激电路必须要加去磁电路,按照去磁的方式,我们将正激分成了三绕组去磁正激、谐振正激、和有源钳位正激,三绕组正激的工作在第一象限、而谐振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限,这些都老生常谈的话题了,在各种开关电源书籍中都有非常多的描述,推荐初学者读一下张兴柱博士的《开关电源功率变换器拓扑与设计》归纳性很强的。 由于正激变压器中B值的变化不会随着输出电流的改变而改变,也不会随着输入电压的改变而改变,设计成多少,它就是多少,所以磁饱和的问题是很容易控制住的。在一些教材和沦文里提到了一个0.1和0.3的取值问题。很多人问我到底取0.1好,还是0.3好呢?首先我们看看为什么可以取到0.3,我们来看看磁芯材质的特性,DC-DC的模块电源用过的材质有金川的RM2.3K、越峰的P47、天通的TPW33A、TDK的PC95、主要是高频特性好。因为不能贴图,希望有兴趣的可以找资料看看。这几种差不多都是都是在100℃ B值在0.4左右就完全饱和了,我们设计的时候可不能让它到磁饱和,太危险了。得把余量考虑进去,这个余量怎么把控呢?磁滞回线的变化是从线性区到非线性区,再到饱和。其实我们最好不让它跑到线性区,因为这样虽然不会一定损坏,但是比较危险了,而且在非线性区的励磁电感量急剧变小,MOS管理的峰值电流也是急剧变化的容易失控。所以我们的B值的最大取点应该是线性工作区和非线性工作区的交接点,可以从厂家提供的手册中图形中查到。不同的磁芯不一样,我们不能过渡的去依赖别人提供的经验值。

         今天接着写点:B值选取是计算的一个步骤,在对变压器/电感进行匝数取整等动作后,B值已比原来设想的值有一些偏移,所以我们对设计B值进行折算,再次确认没有达到饱和条件,在实际的电路调试中最好还需要进行再次测试确认,B值的验证测试非常复杂,我们可以借助于它和电流或电感量的关系来进行验证; 

       测试方法一:直接使用示波器的电流探头检测从互感器整流后的电压波形,或使用电流探头检测变压器原边电力的波形,将负载调节到最大负载或满载条件,环境温度设置为高温条件,直到电源的过温保护,过温保护前保证原边电流的波形的斜波部分是线性上升的过程,如果出现上升斜率的暴增,说明变压器已进入的前饱和状态,我们需要继续调整一下变压器或电感的参数,主要是电感的参数;  

     测试方法二;使用带直流偏置源的电桥来测试,不用上电直接把设计好的变压器或电感装置在设备上,计算出电源的峰值电流,将直流偏置源的最大电流设置超过峰值电流值,测试后读取仪表上的电感量,如果电感量在到达峰值电路值的时候出现明显下降,说明已磁已开始进入前饱和区;

先休息休息,以后再补.

        今天天气不错接着写点内容,测试方法二中,最好是要加入高温的条件,但是这种精密的仪器是不可能放到高温箱中去测试的,我们可以把直流偏置的时间延长点,最好接个热电 藕检测温度。
       前面我们说B值的选取都是考虑到磁饱和的条件,除了这个外我们还要考虑变压器的损耗,B值选择小,计算出来的变压器匝数就多,这种情况下不是增加变压器体积,就是增加电流密度导致变压器的铜损上升。如果B值选择大如靠近0.3附件,我们看看P47材质中,在300KHZ的频率下B值为0.1时的铁损是400KW/M^3,而在0.3时为6000KW/M^3,一共增加了25倍,厉害吧!,所以在变压器设计中,工作磁通B的选择对变压器损耗的影响 非常大,如果我们想做高效率的电源就不得不在这里来精打细算了。
      总结一下变压器B值的选取要考虑到饱和、考虑到损耗、考虑到体积,没有对的只有优的。

        正激占空比的选择,三绕组去磁正激的占空比不能超过0.5,这里就不在重复的罗嗦了,很多书籍上都有写,谐振去磁正激和有源钳位正激去磁的原理非常相似,占空比的选择方法也比较接近,在DC-DC特别是模块电源,输入电压范围都比较宽,2:1是常见的范围,也有不少是4:1的范围,输入电压一般有三个母线段,12V输入母线、24V输入母线、48V输入母线。48V在通信领域非常多、24V在工业控制行业非常多,在这种宽输入电压范围的条件下,占空比需要考虑到最大占空比、最小占空比、典型占空比,首先我们看看取最大占空比要注意什么,正激变压器开通时和关断时,在原边绕组上的电压按照伏秒平衡法则,也就是开通的电压x开通的时间=关断的电压x关断的时间,如果占空比选择较大,那么关断的时间会比较小,原边绕组上关断器件的电压也就大,反应在开关管VDS上的电压也就比较大,我们受制于开关管的VDS耐压,有些哥们会问:我选大耐压的MOS管不就可以了吗?当然可以,关键是我们考虑到效率、考虑的成本,也就不划算了,电源设计其实就是优化设计。占空比太小,单个脉冲传输的功率小,从负载反射到原边的峰值电流大,对开关管的开关损耗影响也非常大。另外小的占空比意味着变压器更大的匝比,变压器会有更高漏感和更大的漏感尖峰电压。对于2:1 DC-DC我通常0.3-0.6之间的占空比选择相对比较优化;

关键字 : 正激 总结  电路设计 
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