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【芯朋宝典】反激变压器优化设计之三





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,Chipown技术团队为大家分享针对PFM模式控制下,如何优化设计变压器!




基于峰值电流控制的PFM调节原理


PFM控制是固定参考电流Ipref,通过调整工作频率来稳定输出电压。控制原理为:FB电压通过VCO决定clock时钟,Clock信号到来Gate置高,Ip电流线性增长,当Vcs等于内部固定Ipref时Gate置低。

在PFM模式下,工作频率fs与输出功率为线性关系:



五步法设计变压器


以经典PSR芯片PN8680M为例,为了满足CoC V5 Tier 2能效标准,控制芯片采用PFM+PWM混合工作模式。

对于此类芯片,应在PFM段额定功率下设计变压器,并保证PWM段fs>20kHz,其CC/CV控制原理说明如下:
PN8680M通过采样变压器辅助绕组开关波形来捕捉输出电压,与内部基准误差放大后调节开关频率(重载段)来稳定输出电压:


当负载不断加重,超过了系统的恒流点,PN8680M进入自适应恒流模式,使得Tdmg/Ts=0.5来恒定输出电流:


根据PN8680M恒流原理可知,变压器设计时应保证最大占空比Dmax<0.5。


第一

确定变压器匝比n,受Dmax、Vdsmax、Vrrmax三个量限制:



第二步

通过CS电阻设定Ipmax,保证CC点合理,需考虑变压器耦合系数Kcc:



第三步

确定Lp,计算变压器原副边电流有效值,fs小于65kHz(CC/CV转折点频率),否则从第一步迭代:



第四步

设定初次级圈数和线径,电流密度合理、不饱和、可绕制,否则从第一步重新迭代:



第五步

设定供电绕组Na及屏蔽绕组,调整绕制方式,使得VDD电压在芯片规格之内(推荐值15V)且满足要求EMC



变压器设计实例



备注:S3计算时,应考虑反激变换器转换效率eff,计算出的开关频率fs更为精准。



下期,芯朋微技术团队将为大家分享该系列文章的收官之作,探讨在QR控制模式下如何优化设计反激变压器,敬请期待!





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