逐步講解 CCM反激變壓器的計算分析

簡介：CCM是電感電流連續(xù)模式的簡稱，目前采用這種模式的反激變壓器正在逐漸流行起來。無論哪種類型的變壓器，計算方面的問題永遠是最復(fù)雜的，網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于電路設(shè)計和硬件方面的資料很多，但是對計算部分進行詳解的文章卻比較少，小編特意將達人的經(jīng)驗總計為文章，幫助大家掌握CCM模式反激變壓器的計算。

在這篇文章當(dāng)中我們將主講CCM模式反激變換器的各類計算公式，以及波形。

基本參數(shù)

最小直流電壓Vdcmin：100V開關(guān)頻率F：65KHZ

最大直流電壓Vdcmax：375V反射電壓VOR：120V

輸出電壓Vo：12V原邊開關(guān)管壓降Vdson：0.5V

輸出功率Po：100W(8.33A)輸出整流管壓降Vd1：0.5V

變換效率η：0.9VCC整流管壓降Vd2：0.5V

次級匝數(shù)Ns：7T磁芯：EER35/40

注：1、非實際產(chǎn)品，僅做舉例。

因為HVDC電壓的大小與Cin、溫度密切相關(guān)，故不定義Vacmin;

3、原邊電流的計算，其實是參考了《開關(guān)電源手冊》，見p156--p180，110W反激變壓器設(shè)計，原文中定義的原邊電流，IP2=3*IP1，即KRP=0.66。本文中用X、Y、Z來描述原邊電流，即固定X=10，Y為任意值，KRP也就為任意值。

4、損耗的計算參考了《開關(guān)電源仿真》p542，90W反激變壓器設(shè)計。

5、各種公式再陸續(xù)補充、修正;

6、計算結(jié)果利用了PI的電子數(shù)據(jù)計算表格核算，代入相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)即可。

圖1

注：因為VDS的峰值電壓與漏感有密切關(guān)系，故計算式中沒有包括尖峰電壓;

原邊有效電流的計算公式取自于《開關(guān)電源仿真》。

需要注意的是，這里TON、TOFF標(biāo)反了，由于影響不大所以暫時就不改了，下一步是原邊的各種損耗計算。

注意第7步之后，有兩種計算方法：

第一種方法是先計算出峰值電流、紋波電流，再通過紋波電流來計算出原邊電感量，公式：LP=V*TON/Ip。

第二種計算方法是，先計算出原邊電感量，然后通過紋波電流計算出峰值電流，公式：Ip=Ia/Dmax+△i/2

(第二種方法見《變壓器電感器設(shè)計手冊》p293----連續(xù)模式隔離BUCK-BOOST變換器設(shè)計)

第14--17步說明：

1、這一部分內(nèi)容，選自《開關(guān)電源仿真》，深入研究請參考原文。

2、不同的資料計算方法稍有不同，需要再查資料分析分析。

(關(guān)于開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，上面的計算方法應(yīng)該是正確的，參考《精通開關(guān)電源》第5章。最有可能會出現(xiàn)的問題是，測量的準(zhǔn)確性如何，因為這會導(dǎo)致計算值與實際值相差2--5倍。)

磁性元器件計算或者是次級參數(shù)計算。

RCD緩沖電路有兩個作用，第一個是限制半導(dǎo)體兩端電壓的上升速率或者是減小EMC干擾，第二個是鉗位，要明白安裝RCD緩沖的目的是什么。

如果僅僅是鉗位，問題就簡單了，只需要把“多余”的能量儲存在足夠大的電容中，然后通過合適電阻的去消耗它，這里面沒有太多的學(xué)問。普通的中小功率ACDC變換器，鉗位電容選擇2200PF--0.1UF都是可以的。

漏感中儲存的能量越大，開關(guān)頻率越低，鉗位電容的容量肯定會越大。

另外，鉗位電容對材質(zhì)、體積有一些要求，因為會發(fā)熱。電阻的計算也很簡單，繞組或者半導(dǎo)體兩端會有一個平臺電壓，直接計算就可以了。電阻的阻值決定了功耗，電阻上到底要消耗多少功率，取決于漏感中存儲的能量以及鉗位電壓的幅值。

例：100W的反激變換器，1%漏感，理論上你至少要消耗掉1W的功率，采用3W的電阻;

100W的反激變換器，2%漏感，理論上至少要消耗掉2W的功率，采用6W的電阻;

盡管有一部分能量會通過MOS、二極管的開關(guān)損耗消耗掉，但R上的損耗大概就是這個比例，不會相差太大。需要注意，鉗位電壓和二極管的開關(guān)速度、MOS管的驅(qū)動能力等等都有很大的關(guān)系。

如果RCD消耗的功率特別大，應(yīng)該是別地地方出了問題?？刂骗h(huán)路的問題很難說明白，建議參考《開關(guān)電源手冊》第三部分，第八章，特別是P435頁提到的方法三(最后兩行文章)。這里多說一句，在分析了眾多大師的作品之后，發(fā)現(xiàn)他們似乎非常喜歡這么干。

另外一點，就是關(guān)于電容的計算方法，一般來說有三種：[!--empirenews.page--]

第一種方法，根據(jù)期望獲得的輸出紋波電壓來計算。詳見《開關(guān)電源設(shè)計》第二版，王志強譯，P76;采用這種方法，可以獲得最小的電容量，通常情況下，如果采用普通的電解電容，其紋波電流一般滿足不了(這種方法似乎比較適合于超高紋波電流電容、固態(tài)電容、瓷片電容)。

第二種方法，根據(jù)實際計算的輸出紋波電流(有效電流)，來選擇輸出電容，不考慮頻率、溫度系數(shù)。這種方法最可靠、也會最簡單，但其結(jié)果會導(dǎo)致最高物料成本，此方法也是電容供應(yīng)商比較推崇的方法。

第三種方法，根據(jù)產(chǎn)品所需的壽命，綜合考慮開關(guān)頻率、環(huán)境溫度、電容溫升等各種綜合因素來計算輸出電容。該計算方法很多教材和各種電容應(yīng)用手冊中均有提及。計算過程一般較為復(fù)雜，但可以獲得最低的物料成本。另外采用這種方法，對測量技術(shù)也是一個很大的考驗。