精通反激电源变压器设计5-反激电源变压器计算方法---CRM模式

大家好 我是邵革良

我们现在开始讲第五讲

反激电源变压器设计的第五讲是

CRM 的工作模式

那么前面呢我们讲过

CCM 的工作模式和 DCM

就不连续模型的这个两个计算

两个模式的计算方法

那么 CRM 的模式呢是比较特殊

他既又是属于 CCM 的

也属于 DCM 的

那为什么这么讲呢

因为他是处于这两个的切换的中间点

就是临界的那一个点上

那么按道理说这一个点

我们不会总工作在这上面

那么前面我讲过

就是我们通过把频率进行改变

就是让频率自然的适应

那么来进行控制的这种变频的这种方式呢

那么常规的我们一般讲 CRM 的工作模式

或者是说准谐振的工作模式

那么这种模式呢的特点呢

是跟前面呢稍微有点不一样了

那么最大的不同是什么呢

它原则上它是始终工作在这个图上

始终工作在这个状态下

那么这个状态是什么样状态呢

也就是说原边呢电流呢是从零开始爬升

爬升到一定的高度之后被关闭了

那么关闭之后呢

那么电压的波形呢 Vds

它是开始有震荡 是吧

那么最后呢稳定下来

就是开始这部分是复位

就实际上等于输出的电流的

说副边电流往外输出

然后呢到一定程度的

我电压往下降降到谷底的时候

这个时候呢

实际上它电流呢就非常小就为零了

那么这个时候呢再进行

马上接触到这个低谷

那么马上把那个原边的这个场效应管又打通

打通的时候电流又马上开始跑

所以说从这两个原边的波形和副边波形来看

那么这个呢临界模式呢是恰好

副边的电流降到零的时候

那么马上就把原边打开

那么始终让它工作在这种状态

那么我们叫临界工作模式

所以这是呢一个非常特殊的工作状态

就是它介于临界

介于连续模式和不连续模式之间

那既然是这么一个特点

好 那我们看它一些计算的关系

那么上面这一个呢

实际上还是我们传统意义上的一个伏秒平衡

也就是说原边的伏秒对吧

加上去这个管子导通的时候

加上去的电压

乘上这个 Ton 的时间那等于副边

那么当然反馈到原边线圈啊

副边的 VO 加上 VF 是吧

那么这个乘上一个变比就是原边的线圈电压了

那么乘上那个关闭的时候的这个时间

那么这个是要想到

那么为什么是这样呢

因为它刚才讲的是它导通之后

就是原边的导通的时间

那么正好呢一个周期

正好分一个原边的导通时间和原边的关闭时间

它没有一个像我们不连续模型

还有一个死区啊

就是说两边的不流电流的这个区域它没有

是刚好是这样的关系

那么通过这个关系呢

实际上我们也计算出来一个占空比对吧

那实际上这个关系是什么是跟

连续模型是一模一样 对不对

那么连续模型的占空比也就是这么计算的

好 那么到这为止

我们把占空比算出来了

那么这里头呢我们有两个关系式

我们看这右上头的这个波形

这个波形呢跟我们不连续模型很像

唯一不同的就是这个地方啊这个底下1-D

对吧

这占空比是D是导通 Ton

1-D 是 Toff 是吧

那么Toff 的过程中是没有任何的

就是说二极管

这个输出二极管不导通的时间是没有的

那么刚好要进入不导通的时候呢

这时候又进入下个周期了

所以说它是它的关系是

占空比是D和1-D的关系

不像我们前面不连续的是D

还有一个 Dreset Ddead 是吧

那没有那个 Ddead 为零

所以它是这么关系

那么同样因为它是三角形的

那么我也我们也同样通过几何这种关系算法

那么求出它的直流分量 是吧

那就等于

副边的直流分量就是

我们的电流输出的电流 是吧

那么求出副边的这个就是有效值 对吧

那有效值呢就是说

通过我们副边绕组的整个的电流 对吧

那么也是通过我们二极管的整个的有效值电流

那当然了交流分量呢

就是通过这个电容是吧

电解电容的电流

那么通过我们刚才讲的这个几何的计算呢

我们可以算得到这个关系式

输出电流 对吧

我们等于这个峰值 对吧

峰值折算到原边去 对吧

那就 detaIP 乘上一个变比对吧

那么这就是这个峰值

那么二分之1-D这个关系

这个地方是二分之D对吧

这个D呢是指这个面积

如果我们算这边的话

自然就是1-D啊就把D变成1-D

就是我们通过几何输出电流的定义

那么我们通过这个D和几何模型

我们得到了这一个关系式

就是跟原边的峰

就是变化 detaIP 的这个关系式。

那同样我们从原边来看 对吧

这是一个电感

这是个电感变压器导通的时候呢

加上去就是这个变化率呢就等于 VIN 对吧

除以一个电感量

然后乘上 Ton 对吧

这部分是 Ton

就是占空比除以 f 就是 Ton 对不对

那么为什么要列这两个关系呢

列了这两个关系

其实我们就想得到一个目的

就是一个频率到底是多少

为什么频率到底是多少

因为我们前面讲过

工作在这种模式呢频率是在变化的

随着我们负载的变化 对吧

随着我们电压的变化等等

它频率是变化的

所以说我们唯一不确定的就是这个频率

所以这个频率是我们一定要知道的

那么通过这两个关系式

我们就得到了这个频率

我们就得到了这个频率

当然也自然就得到了这个 detaIP 对吧

这个是原边的电流的那个爬升率

那么到这儿为止呢

实际上我们就非常简单的求出了

就是原边的电流的波形和副边的电流的波形

以及它的就是说自然就带了时间

这是D和1-D就 Ton 和Toff 的时间

所以说到这为止呢

就是我们把原副边的电流波形都检测出来了

那么同样的道理

我们也要算一个变压器的变比

对吧

那变压器变比其实是由什么

由我们的所选取的这个场效应管的耐压

输出电压 输入电压和整流二极管的

耐压来决定的

当然中间还有一个阿尔法

就是 spike

就是我们的这个震荡的时候

就是我们的这个震荡的时候

关闭的时候的那个原边的电压的震荡的毛刺

那么我们按前面都讲过 DCM 和 CCM 呢

都是同样的变压器的决定方法

那么我同样选了一个600伏的管子

我让它工作在90%以下的电压上

那么假定我这个 Vds 的

这个震荡模式呢是50伏以内

那么输出电压是这么多

所以说我们也同样得到一个变比是这个关系

就到这为止呢

我们把变比把它决定下来

那么决定下来之后呢

那我们看右边右边呢

其实跟前面讲过的一模一样

一个是通过电感定义

我们给你一个磁芯

那么给你一定的匝数自然知道它电感量

或者是告诉你电感量给你一个固定的磁芯

那么你就知道他一定是原边多少匝

所以说电感定义就是干这个用的

那么第二个呢就是我们这个

磁通密度的定义 对吧

通过磁通密度定义呢

我们也同样得到了一个原边电流

和电感和原边的匝数和这个磁芯的面积的关系

那这个关系呢就是满足

跟我们前面的不连续的模式是一模一样 对吧

一个 IDS 从零开始的嘛对不对

所以说 IDS2 那就是等于 detaIP

或者等于 IPK 是吧

就是这么一个关系

所以说呢那么同样的道理

我们磁通密度的那个变化率

就 detaB 就等于

我们的最大的磁通密度 对吧

就 Bmax

那么我们始终是希望这个 Bmax

一定要小于BS的

就是饱磁通密度要小于它 对吧

这是一方面

另外一方面呢

detaB 跟频率关系了之后呢

那么我们也可以查到

他这个磁芯的单位体积的损耗

那么乘上它的有效的体积

那就得到了磁芯的整个的发热

或者是磁芯的损耗

那么到这儿为止呢

就是我们把磁芯里头的

就是磁通密度的关系呢已经确定出来了

就是跟电感的关系 对吧

那么这个呢实际上

跟前面我们讲过的一模一样啊

也是说我们一直有这么多条件

必须满足几个因素

第一个我不能饱和了磁芯 对吧

第二个呢磁芯不能太发热了

第三个呢就是我们线包也不能太发热

那么只要满足这几个要求

变压器的设计就比较合理了 对吧

当然这里头呢要符合安规的要求

也就是保证我们合理的原边对副边

原边磁芯副边对磁芯的绝缘距离 对吧

那么当然呢还有一些个性化的要求

就是我们喜欢做圆的也好

做扁的也好 做方的也好 是吧

卧式的也好 立式的也好

这都是由我们自己定的 对吧

那么好

从计算角度来讲呢

其实我们还是这么个道理

比如说我用了一个变压器 对吧

我要它工作在临界模式上 对吧

就是准谐振的这种模式上

那么频率呢它是变的

那么我要选多大电感量好呢

或者是我已经假定

我选了一个200微亨的电感量对吧

那么我按200微亨电感量我就去看

那么我应该有多少匝

因为我磁芯选定了

匝数自然就定了 对不对

那么匝数定了

那么刚才同样的道理我们匝比数确定了是吧

通过管子的耐压 输出电压等等这些关系

那么匝数 变比已经定了

原边的匝数定了

那副边匝数自然就知道 对吧

那么同样的道理呢

我们可以算出这个 detaIP 对吧

那么通过 detaIP 呢

我们可以算出这个地方

就是说 detaB 是多少 对不对

detaB 等于Bmax

所以说我们看到磁芯饱不饱和就能看到

对不对

对不对

那么还有一点呢

我们通过我们的窗口面积

试着去排排线 对吧

那么我选择多少股的线

怎么去排

排完之后呢

我总得到了一个总的导线的截面积 对吧

那么刚才讲的有效知道导线原边的有效值和

副边有效值是由于我们电流的波形已经知道了

所以它有效值肯定知道

那么知道了有效值

电流有效值知道了

导线的截面积自然

我们知道了原边和副边的这个电流密度

那么从这个意义上来讲

我们变压器的所有你想知道的料

产量都确定了 对吧

那么这个变压器就如果是

这几个方面你认为比较满意

那么变压器就可以这么用了

当然呢这个是一个主要的几个电气参数

其实呢我们后面呢

我还会讲就是我们的耦合是怎么去处理 对吧

我们的这个 EMI 怎么去处理等等

还有一些其他要素

那么还有一点就是

变压器虽然我们这一部分参数看起来都不错

但是并不意味着你这个电源

就是最好的原因在哪里

因为对我们变压器来讲

detaB detaI 是吧

可以做到很高也没关系

但是 detaI 很高

可能你的管子的峰值电流就比较大 是吧

承受的电流应力就比较大

那么这个是不是合适

要看我们选中什么样的管子

如果我的管子余量本来就挺大

那我放大点未尝不可是吧

那么当然也要看它的开关损耗等等

这个呢是一个平衡的问题

一个折中的问题

所以说我们实际设计的时候呢

希望大家能够纵观全局

那么这一讲呢比较简单

其实我们跟前面两讲是很像的

那么下面呢我就会从下面的

这个即将呢就会开始跟大家介绍

就是利用我们一个设计软件

怎么去做这个变压器的调整和设计

那么这一讲就到这为止

谢谢大家。

大家好 我是邵革良

我们现在开始讲第五讲

反激电源变压器设计的第五讲是

CRM 的工作模式

那么前面呢我们讲过

CCM 的工作模式和 DCM

就不连续模型的这个两个计算

两个模式的计算方法

那么 CRM 的模式呢是比较特殊

他既又是属于 CCM 的

也属于 DCM 的

那为什么这么讲呢

因为他是处于这两个的切换的中间点

就是临界的那一个点上

那么按道理说这一个点

我们不会总工作在这上面

那么前面我讲过

就是我们通过把频率进行改变

就是让频率自然的适应

那么来进行控制的这种变频的这种方式呢

那么常规的我们一般讲 CRM 的工作模式

或者是说准谐振的工作模式

那么这种模式呢的特点呢

是跟前面呢稍微有点不一样了

那么最大的不同是什么呢

它原则上它是始终工作在这个图上

始终工作在这个状态下

那么这个状态是什么样状态呢

也就是说原边呢电流呢是从零开始爬升

爬升到一定的高度之后被关闭了

那么关闭之后呢

那么电压的波形呢 Vds

它是开始有震荡 是吧

那么最后呢稳定下来

就是开始这部分是复位

就实际上等于输出的电流的

说副边电流往外输出

然后呢到一定程度的

我电压往下降降到谷底的时候

这个时候呢

实际上它电流呢就非常小就为零了

那么这个时候呢再进行

马上接触到这个低谷

那么马上把那个原边的这个场效应管又打通

打通的时候电流又马上开始跑

所以说从这两个原边的波形和副边波形来看

那么这个呢临界模式呢是恰好

副边的电流降到零的时候

那么马上就把原边打开

那么始终让它工作在这种状态

那么我们叫临界工作模式

所以这是呢一个非常特殊的工作状态

就是它介于临界

介于连续模式和不连续模式之间

那既然是这么一个特点

好 那我们看它一些计算的关系

那么上面这一个呢

实际上还是我们传统意义上的一个伏秒平衡

也就是说原边的伏秒对吧

加上去这个管子导通的时候

加上去的电压

乘上这个 Ton 的时间那等于副边

那么当然反馈到原边线圈啊

副边的 VO 加上 VF 是吧

那么这个乘上一个变比就是原边的线圈电压了

那么乘上那个关闭的时候的这个时间

那么这个是要想到

那么为什么是这样呢

因为它刚才讲的是它导通之后

就是原边的导通的时间

那么正好呢一个周期

正好分一个原边的导通时间和原边的关闭时间

它没有一个像我们不连续模型

还有一个死区啊

就是说两边的不流电流的这个区域它没有

是刚好是这样的关系

那么通过这个关系呢

实际上我们也计算出来一个占空比对吧

那实际上这个关系是什么是跟

连续模型是一模一样 对不对

那么连续模型的占空比也就是这么计算的

好 那么到这为止

我们把占空比算出来了

那么这里头呢我们有两个关系式

我们看这右上头的这个波形

这个波形呢跟我们不连续模型很像

唯一不同的就是这个地方啊这个底下1-D

对吧

这占空比是D是导通 Ton

1-D 是 Toff 是吧

那么Toff 的过程中是没有任何的

就是说二极管

这个输出二极管不导通的时间是没有的

那么刚好要进入不导通的时候呢

这时候又进入下个周期了

所以说它是它的关系是

占空比是D和1-D的关系

不像我们前面不连续的是D

还有一个 Dreset Ddead 是吧

那没有那个 Ddead 为零

所以它是这么关系

那么同样因为它是三角形的

那么我也我们也同样通过几何这种关系算法

那么求出它的直流分量 是吧

那就等于

副边的直流分量就是

我们的电流输出的电流 是吧

那么求出副边的这个就是有效值 对吧

那有效值呢就是说

通过我们副边绕组的整个的电流 对吧

那么也是通过我们二极管的整个的有效值电流

那当然了交流分量呢

就是通过这个电容是吧

电解电容的电流

那么通过我们刚才讲的这个几何的计算呢

我们可以算得到这个关系式

输出电流 对吧

我们等于这个峰值 对吧

峰值折算到原边去 对吧

那就 detaIP 乘上一个变比对吧

那么这就是这个峰值

那么二分之1-D这个关系

这个地方是二分之D对吧

这个D呢是指这个面积

如果我们算这边的话

自然就是1-D啊就把D变成1-D

就是我们通过几何输出电流的定义

那么我们通过这个D和几何模型

我们得到了这一个关系式

就是跟原边的峰

就是变化 detaIP 的这个关系式。

那同样我们从原边来看 对吧

这是一个电感

这是个电感变压器导通的时候呢

加上去就是这个变化率呢就等于 VIN 对吧

除以一个电感量

然后乘上 Ton 对吧

这部分是 Ton

就是占空比除以 f 就是 Ton 对不对

那么为什么要列这两个关系呢

列了这两个关系

其实我们就想得到一个目的

就是一个频率到底是多少

为什么频率到底是多少

因为我们前面讲过

工作在这种模式呢频率是在变化的

随着我们负载的变化 对吧

随着我们电压的变化等等

它频率是变化的

所以说我们唯一不确定的就是这个频率

所以这个频率是我们一定要知道的

那么通过这两个关系式

我们就得到了这个频率

我们就得到了这个频率

当然也自然就得到了这个 detaIP 对吧

这个是原边的电流的那个爬升率

那么到这儿为止呢

实际上我们就非常简单的求出了

就是原边的电流的波形和副边的电流的波形

以及它的就是说自然就带了时间

这是D和1-D就 Ton 和Toff 的时间

所以说到这为止呢

就是我们把原副边的电流波形都检测出来了

那么同样的道理

我们也要算一个变压器的变比

对吧

那变压器变比其实是由什么

由我们的所选取的这个场效应管的耐压

输出电压 输入电压和整流二极管的

耐压来决定的

当然中间还有一个阿尔法

就是 spike

就是我们的这个震荡的时候

就是我们的这个震荡的时候

关闭的时候的那个原边的电压的震荡的毛刺

那么我们按前面都讲过 DCM 和 CCM 呢

都是同样的变压器的决定方法

那么我同样选了一个600伏的管子

我让它工作在90%以下的电压上

那么假定我这个 Vds 的

这个震荡模式呢是50伏以内

那么输出电压是这么多

所以说我们也同样得到一个变比是这个关系

就到这为止呢

我们把变比把它决定下来

那么决定下来之后呢

那我们看右边右边呢

其实跟前面讲过的一模一样

一个是通过电感定义

我们给你一个磁芯

那么给你一定的匝数自然知道它电感量

或者是告诉你电感量给你一个固定的磁芯

那么你就知道他一定是原边多少匝

所以说电感定义就是干这个用的

那么第二个呢就是我们这个

磁通密度的定义 对吧

通过磁通密度定义呢

我们也同样得到了一个原边电流

和电感和原边的匝数和这个磁芯的面积的关系

那这个关系呢就是满足

跟我们前面的不连续的模式是一模一样 对吧

一个 IDS 从零开始的嘛对不对

所以说 IDS2 那就是等于 detaIP

或者等于 IPK 是吧

就是这么一个关系

所以说呢那么同样的道理

我们磁通密度的那个变化率

就 detaB 就等于

我们的最大的磁通密度 对吧

就 Bmax

那么我们始终是希望这个 Bmax

一定要小于BS的

就是饱磁通密度要小于它 对吧

这是一方面

另外一方面呢

detaB 跟频率关系了之后呢

那么我们也可以查到

他这个磁芯的单位体积的损耗

那么乘上它的有效的体积

那就得到了磁芯的整个的发热

或者是磁芯的损耗

那么到这儿为止呢

就是我们把磁芯里头的

就是磁通密度的关系呢已经确定出来了

就是跟电感的关系 对吧

那么这个呢实际上

跟前面我们讲过的一模一样啊

也是说我们一直有这么多条件

必须满足几个因素

第一个我不能饱和了磁芯 对吧

第二个呢磁芯不能太发热了

第三个呢就是我们线包也不能太发热

那么只要满足这几个要求

变压器的设计就比较合理了 对吧

当然这里头呢要符合安规的要求

也就是保证我们合理的原边对副边

原边磁芯副边对磁芯的绝缘距离 对吧

那么当然呢还有一些个性化的要求

就是我们喜欢做圆的也好

做扁的也好 做方的也好 是吧

卧式的也好 立式的也好

这都是由我们自己定的 对吧

那么好

从计算角度来讲呢

其实我们还是这么个道理

比如说我用了一个变压器 对吧

我要它工作在临界模式上 对吧

就是准谐振的这种模式上

那么频率呢它是变的

那么我要选多大电感量好呢

或者是我已经假定

我选了一个200微亨的电感量对吧

那么我按200微亨电感量我就去看

那么我应该有多少匝

因为我磁芯选定了

匝数自然就定了 对不对

那么匝数定了

那么刚才同样的道理我们匝比数确定了是吧

通过管子的耐压 输出电压等等这些关系

那么匝数 变比已经定了

原边的匝数定了

那副边匝数自然就知道 对吧

那么同样的道理呢

我们可以算出这个 detaIP 对吧

那么通过 detaIP 呢

我们可以算出这个地方

就是说 detaB 是多少 对不对

detaB 等于Bmax

所以说我们看到磁芯饱不饱和就能看到

对不对

对不对

那么还有一点呢

我们通过我们的窗口面积

试着去排排线 对吧

那么我选择多少股的线

怎么去排

排完之后呢

我总得到了一个总的导线的截面积 对吧

那么刚才讲的有效知道导线原边的有效值和

副边有效值是由于我们电流的波形已经知道了

所以它有效值肯定知道

那么知道了有效值

电流有效值知道了

导线的截面积自然

我们知道了原边和副边的这个电流密度

那么从这个意义上来讲

我们变压器的所有你想知道的料

产量都确定了 对吧

那么这个变压器就如果是

这几个方面你认为比较满意

那么变压器就可以这么用了

当然呢这个是一个主要的几个电气参数

其实呢我们后面呢

我还会讲就是我们的耦合是怎么去处理 对吧

我们的这个 EMI 怎么去处理等等

还有一些其他要素

那么还有一点就是

变压器虽然我们这一部分参数看起来都不错

但是并不意味着你这个电源

就是最好的原因在哪里

因为对我们变压器来讲

detaB detaI 是吧

可以做到很高也没关系

但是 detaI 很高

可能你的管子的峰值电流就比较大 是吧

承受的电流应力就比较大

那么这个是不是合适

要看我们选中什么样的管子

如果我的管子余量本来就挺大

那我放大点未尝不可是吧

那么当然也要看它的开关损耗等等

这个呢是一个平衡的问题

一个折中的问题

所以说我们实际设计的时候呢

希望大家能够纵观全局

那么这一讲呢比较简单

其实我们跟前面两讲是很像的

那么下面呢我就会从下面的

这个即将呢就会开始跟大家介绍

就是利用我们一个设计软件

怎么去做这个变压器的调整和设计

那么这一讲就到这为止

谢谢大家。