方案

【芯朋宝典】反激变压器优化设计之一




攻城狮们在反激变压器设计时,需综合考虑电源电气指标、EMC&安规、可靠性等因素,控制技术的快速发展(如PSR控制、高频QR、ACF)使得传统变压器设计方法已穷于应对,Chipown技术团队根据多年实战经验,将为大家陆续专题分享《反激变压器优化设计》的系列心得,希翼能助电源攻城狮们一臂之力!

本期为大家分享AP法则、磁通密度、电流密度和共模噪声等实用理论。

变压器设计考量



AP法则



1、多大窗口面积Aw可以保证变压器线圈绕制且安全距离充足?


2、多大磁芯有效截面积Ae可以保证变压器最大功率下也不饱和?


3、AP值定义为Aw和Ae的乘积,满足AP值的磁芯及配套骨架为可用变压器:



变压器匝比n和初级感量Lp



变压器匝比n影响Q1Vds电压、D1Vrr电压,并受最大占空比限制

初级感量Lp影响变换器工作模式:
  • 当Lp=Lbcm,芯片工作在BCM模式;

  • 当Lp>Lbcm,芯片工作在CCM模式;

  • 当Lp<Lbcm,芯片工作在DCM模式。


磁通密度



 1.反激变压器有变压和储能双重作用:
当Q1导通则D1截止,变压器储能能量于初级电感Lp中;当Q1截止则D1导通,变压器向次级负载释放能量;
 2.由于反激变换器多基于峰值电流控制,因而Ipmax由控制芯片通过CS电阻限定;
 3.变压器磁化曲线在第一象限:
为防止变压器饱和,磁芯需开气隙,使得最大磁通密度Bm<Bs。  


电流增量

最大原边电流


最大磁通密度

磁化曲线


电流密度



1. 电流密度定义为流过线圈电流有效值除以线圈截面积。电流密度越小,变压器线圈的发热则越小。


2. Krp因子统一了反激变换器的韧尼斯2020娱乐官网饽J降挠呕治:Krp因子越小,变压器原副边的电流峰值及有效值越小。不同工作模式下,反激变压器工作电流波形差异较大,通过Krp因子可简化计算。




趋肤效应、临近效应



1.趋肤效应:高频电流流过导体时,越靠近导体表面电流密度越大,越靠近导体中心电流密度较小,结果使导体损耗增加。导线中电流密度从表面到中心按指数规律下降,工程上定义表面下穿透深度以内流导线全部电流。

导体穿透深度@20℃

铜导体穿透深度@100℃



2.邻近效应:当高频电流在两导体中彼此反向流动,电流会集中于导体邻近侧流动。


共模噪声



由于反激电源内部的高频干扰源电流方向不同,可通过优化设计变压器使干扰相互抵消:当共模平台电压向上则增加屏蔽圈数,向下则减少屏蔽圈数,直至共模平台电压控制在2V以内。

变压器寄生电容分析模型

共模噪音分析模型

共模噪音波形


后续Chipown技术团队将通过深入分析PWM、PFM、QR控制策略,分享从芯片控制入手有针对性的优化设计反激变压器,各位粉丝敬请关注!



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