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反激的DCM和CCM工作状态的详细分析

  • 2011-11-11 23:03
  • amonson

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  • 写反激的帖子很多,但很多帖子对于这个问题并没有讲透,特开一帖详细说明,如果有误,请共同探讨,力图把这个问题完全讲明白。先上初级线圈电流波形:

     

    图中Ipk1表示DCM条件下的电感峰值电流,Ipk2表示CCM条件下的电感峰值电流。如果我们要设计一个反激电源,要求输出电压Vo、输出电流Io,输入最低直流电压Vin、输入最高直流电压Vm。设计的第一步先规定一个工作频率f(当然频率的确定需要考虑很多因素,但这里只专注于讨论DCM和CCM工作模式,暂且直接规定f),然后规定最大占空比D(反激通常在0.5以下为佳),现在分别按照DCM和CCM模式进行设计:

    1、因为输出功率等于输入功率乘以效率,而输出功率为Vo*Io,输入电压范围也已知,所以首先假定效率并计算初级电流。

     

    如果我们设计为DCM工作方式,显然峰值电流更高,但由于其能量完全传递,在散热允许的条件下,DCM方式可以用相对较小的磁芯输出更大的功率。

    2、初级电流确定后,就可以由此计算出初级所需的电感量L。

     

    因为KRF一定小于1,所以L2一定大于L1,即同样输出功率、同样输入电压、同样开关频率和占空比、同样效率时,DCM的电感量一定小于CCM的电感量。

    3、选择合适的磁芯。

      

    Vo和Io已知,Bm由磁性材料和工作温度决定,由于采用有效值进行计算,所以Kj可以取8A/mm2,但需要注意趋肤效应。初级线圈窗口利用率Kw,假设用圆线把窗口绕满,则总的利用率为3.14/4=78.5%;再假设辅助绕组、屏蔽层、绝缘胶带占用15%,则初次级绕组共占78.5%-15%=63.5%;通常次级圈数少,优先考虑次级绕完满层,所以初级需要占用较多的窗口面积,假定初级占36%;为了满足绝缘要求,普通漆包线绕制变压器是还需要加档墙,由于档墙是固定宽度的,所以磁芯绕线宽度越短,档墙占据的比例越高,小功率应用场合甚至可能占30%以上。所以功率越小越依靠经验选择磁芯,估算的初级线圈窗口利用率误差非常大。

    4、计算变压器各绕组圈数和线径。

      

    5、计算功率器件的电压电流。主开关FET的电流有效值与变压器初级电流有效值相同,峰值电压和峰值电流: ;整流二极管的电流有效值 ,峰值电压和峰值电流: 


    注意:磁芯的选择需要考虑的问题很多,首先考虑的是材质和环境温度,如果环境温度很高(70度?),而且磁材的温升也较高(XX度/(W cm3))、居里温度却相对较低,那么就要尽可能减小铁损。铁损是和材质、频率(f)和磁摆幅(delt B)相关的,频率越高或者delt B越大,铁损就越大,所以高频(>300KHz?)或高温(>55度?)应用条件,需要选用特殊磁材或者降低工作频率或者减小delt B。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • 笨小孩1114

    LV.1

    2011-11-11 23:15

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      amonson 兄,。今晚就推导你和Z版的帖子。明天我们在探讨。同时,期待你更多的帖子。

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  • cheng111

    LV.1

    2011-11-11 23:55

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  • amonson

    LV.1

    2011-11-12 00:59

    @

    其他条件相同时,DCM比CCM的电流更大,Np更少,但由于整流二极管没有反向恢复尖峰、主开关管关断时漏感尖峰也更低。
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  • 小凡凡

    LV.1

    2011-11-12 02:15

    @amonson

    其他条件相同时,DCM比CCM的电流更大,Np更少,但由于整流二极管没有反向恢复尖峰、主开关管关断时漏感尖峰也更低。
    磁芯选择好复杂,明天上一个超简单选择磁芯的方法...............
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  • 小凡凡

    LV.1

    2011-11-12 02:22

    @amonson

    其他条件相同时,DCM比CCM的电流更大,Np更少,但由于整流二极管没有反向恢复尖峰、主开关管关断时漏感尖峰也更低。

    顶起来!

    1、如果是CCM模式设计,BAC的计算一定要在工作模式临界点或者HVDCmax处进行,BDC的计算一定要在HVDCmin处.............

    2、输出电压越高,反向恢复时间的影响越严重,BCM/CCM模式下,PFC二极管选型的巨大差别就是很好的例子。

    3、原边的电流密度和次边的电流密度不同,原边原则上取6A以下,次边根据输出电流的大小及匝数的多少而定,几匝以内取10A以上问题都不大,关键是看漏感比值是否恰当。

    4、超低的漏感意味着你很可能要在传导上付出代价,反之,辐射也会让你难受。

    5、如果绕组需要3根以上的导线并绕,不如采用单根、两根“粗线”或者多股线。

    6、较好的变压器设计是:磁芯、绕组二者的温升差别不到5℃。

    7、原边采用0.5的线分两层平铺,最佳的次边是多少?

          答案是:0.5*2刚好平铺两层(意思指的是原次边占用的窗口面积、铜损等均相同)

     

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  • mark jia

    LV.1

    2011-11-12 07:51

    @小凡凡

    顶起来!

    1、如果是CCM模式设计,BAC的计算一定要在工作模式临界点或者HVDCmax处进行,BDC的计算一定要在HVDCmin处.............

    2、输出电压越高,反向恢复时间的影响越严重,BCM/CCM模式下,PFC二极管选型的巨大差别就是很好的例子。

    3、原边的电流密度和次边的电流密度不同,原边原则上取6A以下,次边根据输出电流的大小及匝数的多少而定,几匝以内取10A以上问题都不大,关键是看漏感比值是否恰当。

    4、超低的漏感意味着你很可能要在传导上付出代价,反之,辐射也会让你难受。

    5、如果绕组需要3根以上的导线并绕,不如采用单根、两根“粗线”或者多股线。

    6、较好的变压器设计是:磁芯、绕组二者的温升差别不到5℃。

    7、原边采用0.5的线分两层平铺,最佳的次边是多少?

          答案是:0.5*2刚好平铺两层(意思指的是原次边占用的窗口面积、铜损等均相同)

     

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  • bumper_163

    LV.1

    2011-11-12 08:55

    @小凡凡

    顶起来!

    1、如果是CCM模式设计,BAC的计算一定要在工作模式临界点或者HVDCmax处进行,BDC的计算一定要在HVDCmin处.............

    2、输出电压越高,反向恢复时间的影响越严重,BCM/CCM模式下,PFC二极管选型的巨大差别就是很好的例子。

    3、原边的电流密度和次边的电流密度不同,原边原则上取6A以下,次边根据输出电流的大小及匝数的多少而定,几匝以内取10A以上问题都不大,关键是看漏感比值是否恰当。

    4、超低的漏感意味着你很可能要在传导上付出代价,反之,辐射也会让你难受。

    5、如果绕组需要3根以上的导线并绕,不如采用单根、两根“粗线”或者多股线。

    6、较好的变压器设计是:磁芯、绕组二者的温升差别不到5℃。

    7、原边采用0.5的线分两层平铺,最佳的次边是多少?

          答案是:0.5*2刚好平铺两层(意思指的是原次边占用的窗口面积、铜损等均相同)

     


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  • cheng111

    LV.1

    2011-11-12 08:59

    @小凡凡

    顶起来!

    1、如果是CCM模式设计,BAC的计算一定要在工作模式临界点或者HVDCmax处进行,BDC的计算一定要在HVDCmin处.............

    2、输出电压越高,反向恢复时间的影响越严重,BCM/CCM模式下,PFC二极管选型的巨大差别就是很好的例子。

    3、原边的电流密度和次边的电流密度不同,原边原则上取6A以下,次边根据输出电流的大小及匝数的多少而定,几匝以内取10A以上问题都不大,关键是看漏感比值是否恰当。

    4、超低的漏感意味着你很可能要在传导上付出代价,反之,辐射也会让你难受。

    5、如果绕组需要3根以上的导线并绕,不如采用单根、两根“粗线”或者多股线。

    6、较好的变压器设计是:磁芯、绕组二者的温升差别不到5℃。

    7、原边采用0.5的线分两层平铺,最佳的次边是多少?

          答案是:0.5*2刚好平铺两层(意思指的是原次边占用的窗口面积、铜损等均相同)

     

    解说非常详细。
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  • zhanghuawei

    LV.1

    2011-11-12 09:38

    @cheng111

    解说非常详细。
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  • asouth

    LV.1

    2011-11-12 09:38

    @cheng111

    解说非常详细。
    顶一个,非常详细。
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