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【芯朋宝典】反激变压器优化设计之四




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使得传统变压器设计方法已穷于应对,Chipown技术团队在前面三期为大家分享了变压器基础常识、PWM和PFM控制模式下的变压器设计,受到fans们一致好评。
本期,Chipown技术团队为大家带来该系列文章的收官之作,在QR控制模式下,如何通过平衡变压器匝比n和感量Lp优化变压器设计。


基于峰值电流控制的QR工作原理


QR控制属于PFM控制,其控制原理为:FB电压产生Clock信号和Ipref,DMG电压产生Valley信号当Clock信号和Valley信号同时为高后产生Set Signal,Q1导通,ip电流线性增长;当Vcs等于Ipref时Gate置低,Q1关闭






QR控制的fS如何产生?


由上面公式可知,Po决定了工作点Ipk和fsIpk、Vg等参数又决定fsTd是为了实现谷底开通降低开关损耗;fs会随输入电压的升高而升高,因此控制芯片需限制最高开关频率fsmax




四步法设计QR变压器
        以经典QR芯片PN8161为例,为了满足CoC V5 Tier 2能效标准,控制芯片采用QR+PFM+PWM+BM混合工作模式。













对于此类芯片,应在最低输入电压Vgmin定功率下设计变压器,具体步骤如下:
第一


在Vgmin条件下设定n和Lp,满足Pomax传输及Vdsmax、Vrrmax电压应力要求:

备注:对于PN8161,Idlimit=1.1A;Td为寄生参数振荡周期的一半,通常在0.5-1us之间;12V输出时,n推荐值为11。


第二步

在额定功率&最低输入电压下计算Ipk、fs、原副边电流有效值:



第三步

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:


第四步

设定供电绕组Na及屏蔽绕组,调整绕制方式,使得Vcc电压在芯片规格之内且EMC满足要求。





变压器设计实例

                                        

    
备注:S2计算时,Ponom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。



至此,《反激变压器优化设计》系列文章已全部分享完毕。变压器设计与芯片控制策略紧密结合才能设计出更有竞争力的电源方案,在开关电源的高频化、高功率密度、高可靠性快速发展中立于不败之地。



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