精通反激电源变压器设计3-反激电源变压器计算方法(2)---CCM模式

除了这个基本概念以外

我们再往下看

前面讲过

就是我们 CCM 连续型的波形

刚才是这样一个波形

那么通过几何的计算我们得到 IDC

直流分量 交流分量 和 有效值

实际上这部分的内容

我们可以去参考 TI Online Training 里面

是有一个 2001 的 Magnetics Design Handbook

在里头呢 有这么个文件

大家可以去下载

那么这里头的是把这些内容

写成了这个 Winding Section 3

Winding 讲的非常的详细

我建议大家从 TI 网站上去下载这个文件

然后看看这些东西怎么来的

怎么回事他都有了

那么这个呢 是我们的开始做这个 CCM

做计算的一个非常重要的一个武器

这是一块

好 我们讲 既然是连续的 电流连续的

那么我们有一些基本的一些关系在这里

第一个关系我们刚才讲的伏秒数相等

也就是我在这个开关管导通的时候

是给这个原边的电感是充磁的

把所有的电压 Vin 加在原边上

那么加的时间乘上这个电压就是伏和秒

那么关闭了之后

实际上是副边在往外输出

如果没又漏感的话

原边断掉也没关系的

那么就等于形成了一个副边的能量往外输出

副边这时候它也会产生一个输出的电压

还有一个 Toff 的时间

为什么正好是 Toff

因为我们连续的对不对

不是开就是关

没有两个都不工作的时候

所以说这是一个伏秒数相等的

这个这么一个关系式

这个比较好理解的

我写这个关系式实际上

默认了变比是 1:1

如果变比不是 1:1

要把变比放进去

通过这个关系我们可以得到

连续电流的模式占空比

就通过这个方式就可以算出来了

就是 Vo/Vin+Vo

第二个有个储能的原则

什么叫储能原则呢

也就是说我们每一个脉冲的时候

我们开通的时候

场效应管开通的时候

它开始往里加能量

那么它是从 I1 开始的

就是 IDS1 开始的

然后呢 等到关闭前的一瞬间呢

那么电流一直爬升到这个地方

爬升到这个地方来

那么就是 IDS2

那它积累的能量是多少呢

是等于 1/2 的 I 平方 Lp

这地方写错了倒过来应该是 IDS2-IDS1

那么这部分是积累的能量

能量是等于什么

都通过副边别放出去了

所以就等于 Po 输出的功率除以效率

这就是储能的一个原则

除此之外

这个大家好理解

输出功率就等于 Vo×Io

这个就不讲了

还有一个呢

就是我们要注意这一个公式

就说我电流通过一个电感上的电流的爬升率

电流的爬升率爬了多少

在这个三角形的爬了多少呢

爬到这个短路的时候

这个驱动开的时候就短路了

就是这个电压加到这个电感上 乘上这个时间

就电压除以电感乘上时间

这就是我们原边电感电流的爬升

就是爬升值就是这么多

这个公式大家非常容易记住 理解

那还有一个呢

就是梯形波的平均值

那就是我们前面讲的这个几何算出来的

就是 IDC 对不对

实际上最后呢

他把这个我们实际上是这个公式

IDC=（IP-Δ1/2）D

这就是爬升电流 对不对

这是峰值电流

然后乘上一个占空比

把它放到这里头来

就得到这么个关系

当然这里头我是把变比放进去了

所以说我们反激电源的连续模型

就是要遵循刚才讲的这几个规律

那除了这个之外

其实很有意思的

我的这个计算跟一般人考虑的

就是我们书上可能讲的不太一样

我这里引入一个关系

那么我们看着这个波形

这个是这个地方是一个连续型的

Vds 的电压波形

这个是不连续的 Vds 的电压波形

我们呢 Vin 是在这条线的地方

这个地方关闭了之后呢

他会有个电容上的电压这是 Vc

这地方波形还有一个小毛刺

这个毛刺冲上去了

这个我就把它定义成 α

对吧就是冲上去一个毛刺

那我们去看 场效应管的电压 Vds

等于什么呢 关闭的时候

等于这个电压 Vin

再加上这个电容

假设这个二极管导通的时候压降为零

那么这个时候实际上是这个等于这个电压

转过来就等于加上这个电压 Vc

但是呢我们还看到有个毛刺

所以说我们可以这么去定义

就是 Vds=Vin+Vc就是电容两端的电压

然后加上这个毛刺这个 spike

这个 spike 到底是多少呢我也不知道

反正我们就把它写在这就有这么多

Vc 是什么呢

Vc 其实我们发现关闭的时候

这两端电压是什么

这两端电压就是这个电压

这是个变比关系

就是 Vo 这地方输出是 Vo

假设这个 Vf 为零的时候

这两端就是跟输出电压一样 Vo

Vo 通过变比变到这

所以 Vc 等于 Vo 乘上这个变比

那么把它代进去

我们就得到了一个变比关系

变比是跟 Vds 这个耐压

这个场效应管的耐压

和输入电压和 Vo 输出电压 还有 α

就是这个毛刺 是一个函数

也就是等于 Vds-Vin-α 除以 Vo

那么 这个地方讲到这个什么意思呢

就说我选了一个 600V 的管子也好

选了个 900V 的管子也好

我假设刚好用到这个电压是 600V

那么这是临界

那么输入电压比如说是 380 也好 400V 也好

那我允许假设 50V 的毛刺

在这个公式上

变比就要达到这个变比

我们下面有个例子

这个例子什么呢

我假设我选了个 600V 的管子

用这个反激电源电路

我不喜欢用 900V 700V 800V 的

因为我觉得 600V 导通电阻很小

这个管子很好买

我非常喜欢还便宜

但是用 600V 呢我一想还要留点裕量

我留了 10% 的裕量

所以说我希望把我这个电源的设计

Vds 在 540V 以下

那这是我一个自己的想法，

那么我假定了

这时候我变压器绕得蛮好

就是毛刺肯定小于 50V 的

但是我随便假设

并不是说真的一定是这样

那么我假设这个毛刺是 50V

如果是 50V 那我这个变比应该选择多少

那我输出假设是 24V 的电压直流

那么我就会得到这个原边的时候是 260V

最高的电压时候肯定是最恶劣

乘上根号 2 就是 373V

373V 代进去 这个是 540

540-373-50 再除以 24V

这我就得到了一个 4.86 的变比

也就是说我如果变压器选择 4.86 这个地方

那么我毛刺只要不超过 50V

其实我的管子只要 540V 以内的

绝对不会超过 540

那么我这个 600V 管子就能用

实际上是这么个意思

那么从这个道理来讲

什么意思呢

就是说我是想用什么管的时候我去适合变比

当然了 你说我想用个 300V 的管子

那你就不用干了 马上就炸掉了是吧

已经低于这个输入电压

当然前提是要比这个毛刺要高一些

要留一点裕量

那么 这个关系式非常的重要

我看到很多书上几乎没有一个书

就这么去讲这个道理

其实我们做反激电源的时候

我们是要选定某一个特定的管子来做的

我不能说做做做

我发现毛刺很高不行

我把 600V 改 700V 700V 改 900V

或 900V 改 1200V 不能这么搞

我是想要 600V 就要设计在 600V 上

而不是说我不行了我再去调高

那个就是凑数了

所以说这个理念非常重要

我希望大家能够理解

好 讲到这儿

其实我们讲到了我们反激电源变压器的

变比怎么确定出来的

那前面讲的什么呢

原边的电流 是吧

就是这个原边的电流都可以算出来

就是 I1 I2 通过这些关系

这个占空比也能算出来 爬升率也能算出来

那么通过这个关系呢

I1 I2 虽然不知道

但是我知道这一部分也知道这个输出电流

那么自然 也就可以算出这个第一个电流是多少

第二个电流是多少

也就是说在这一页我们解决什么问题

解决了 就说电流波形是什么样的形状

宽度是多少 开始的电流是多少

最后的电流是多少 实际上是解决了这个问题

就是把电流波形确定了

这个地方是解决了变压器是用什么样的变比

我选 600V 的管子

我就必须遵循这个变比在这个之下

超过这个变比可能就不可靠了

解决了这两个问题之后

我们还要解决另外一个问题

就是我到底用电感量是多大

我虽然知道变比了

但我不知道原边绕多少圈

我也不知道那个磁芯要选多大呢

这还是一个吧

另外一个呢

我选了这个磁芯我还不知道磁通会不会饱和

或者虽然不饱和 ΔB 很大

发热很厉害

那么 实际上呢下面我们右边这一小块

就要解决刚才这个后面的问题

就是说我的到底饱和不饱和

到底我磁通密度会不会选得 ΔB 很高

电感量要取多少

除了这个基本概念以外

我们再往下看

前面讲过

就是我们 CCM 连续型的波形

刚才是这样一个波形

那么通过几何的计算我们得到 IDC

直流分量 交流分量 和 有效值

实际上这部分的内容

我们可以去参考 TI Online Training 里面

是有一个 2001 的 Magnetics Design Handbook

在里头呢 有这么个文件

大家可以去下载

那么这里头的是把这些内容

写成了这个 Winding Section 3

Winding 讲的非常的详细

我建议大家从 TI 网站上去下载这个文件

然后看看这些东西怎么来的

怎么回事他都有了

那么这个呢 是我们的开始做这个 CCM

做计算的一个非常重要的一个武器

这是一块

好 我们讲 既然是连续的 电流连续的

那么我们有一些基本的一些关系在这里

第一个关系我们刚才讲的伏秒数相等

也就是我在这个开关管导通的时候

是给这个原边的电感是充磁的

把所有的电压 Vin 加在原边上

那么加的时间乘上这个电压就是伏和秒

那么关闭了之后

实际上是副边在往外输出

如果没又漏感的话

原边断掉也没关系的

那么就等于形成了一个副边的能量往外输出

副边这时候它也会产生一个输出的电压

还有一个 Toff 的时间

为什么正好是 Toff

因为我们连续的对不对

不是开就是关

没有两个都不工作的时候

所以说这是一个伏秒数相等的

这个这么一个关系式

这个比较好理解的

我写这个关系式实际上

默认了变比是 1:1

如果变比不是 1:1

要把变比放进去

通过这个关系我们可以得到

连续电流的模式占空比

就通过这个方式就可以算出来了

就是 Vo/Vin+Vo

第二个有个储能的原则

什么叫储能原则呢

也就是说我们每一个脉冲的时候

我们开通的时候

场效应管开通的时候

它开始往里加能量

那么它是从 I1 开始的

就是 IDS1 开始的

然后呢 等到关闭前的一瞬间呢

那么电流一直爬升到这个地方

爬升到这个地方来

那么就是 IDS2

那它积累的能量是多少呢

是等于 1/2 的 I 平方 Lp

这地方写错了倒过来应该是 IDS2-IDS1

那么这部分是积累的能量

能量是等于什么

都通过副边别放出去了

所以就等于 Po 输出的功率除以效率

这就是储能的一个原则

除此之外

这个大家好理解

输出功率就等于 Vo×Io

这个就不讲了

还有一个呢

就是我们要注意这一个公式

就说我电流通过一个电感上的电流的爬升率

电流的爬升率爬了多少

在这个三角形的爬了多少呢

爬到这个短路的时候

这个驱动开的时候就短路了

就是这个电压加到这个电感上 乘上这个时间

就电压除以电感乘上时间

这就是我们原边电感电流的爬升

就是爬升值就是这么多

这个公式大家非常容易记住 理解

那还有一个呢

就是梯形波的平均值

那就是我们前面讲的这个几何算出来的

就是 IDC 对不对

实际上最后呢

他把这个我们实际上是这个公式

IDC=（IP-Δ1/2）D

这就是爬升电流 对不对

这是峰值电流

然后乘上一个占空比

把它放到这里头来

就得到这么个关系

当然这里头我是把变比放进去了

所以说我们反激电源的连续模型

就是要遵循刚才讲的这几个规律

那除了这个之外

其实很有意思的

我的这个计算跟一般人考虑的

就是我们书上可能讲的不太一样

我这里引入一个关系

那么我们看着这个波形

这个是这个地方是一个连续型的

Vds 的电压波形

这个是不连续的 Vds 的电压波形

我们呢 Vin 是在这条线的地方

这个地方关闭了之后呢

他会有个电容上的电压这是 Vc

这地方波形还有一个小毛刺

这个毛刺冲上去了

这个我就把它定义成 α

对吧就是冲上去一个毛刺

那我们去看 场效应管的电压 Vds

等于什么呢 关闭的时候

等于这个电压 Vin

再加上这个电容

假设这个二极管导通的时候压降为零

那么这个时候实际上是这个等于这个电压

转过来就等于加上这个电压 Vc

但是呢我们还看到有个毛刺

所以说我们可以这么去定义

就是 Vds=Vin+Vc就是电容两端的电压

然后加上这个毛刺这个 spike

这个 spike 到底是多少呢我也不知道

反正我们就把它写在这就有这么多

Vc 是什么呢

Vc 其实我们发现关闭的时候

这两端电压是什么

这两端电压就是这个电压

这是个变比关系

就是 Vo 这地方输出是 Vo

假设这个 Vf 为零的时候

这两端就是跟输出电压一样 Vo

Vo 通过变比变到这

所以 Vc 等于 Vo 乘上这个变比

那么把它代进去

我们就得到了一个变比关系

变比是跟 Vds 这个耐压

这个场效应管的耐压

和输入电压和 Vo 输出电压 还有 α

就是这个毛刺 是一个函数

也就是等于 Vds-Vin-α 除以 Vo

那么 这个地方讲到这个什么意思呢

就说我选了一个 600V 的管子也好

选了个 900V 的管子也好

我假设刚好用到这个电压是 600V

那么这是临界

那么输入电压比如说是 380 也好 400V 也好

那我允许假设 50V 的毛刺

在这个公式上

变比就要达到这个变比

我们下面有个例子

这个例子什么呢

我假设我选了个 600V 的管子

用这个反激电源电路

我不喜欢用 900V 700V 800V 的

因为我觉得 600V 导通电阻很小

这个管子很好买

我非常喜欢还便宜

但是用 600V 呢我一想还要留点裕量

我留了 10% 的裕量

所以说我希望把我这个电源的设计

Vds 在 540V 以下

那这是我一个自己的想法，

那么我假定了

这时候我变压器绕得蛮好

就是毛刺肯定小于 50V 的

但是我随便假设

并不是说真的一定是这样

那么我假设这个毛刺是 50V

如果是 50V 那我这个变比应该选择多少

那我输出假设是 24V 的电压直流

那么我就会得到这个原边的时候是 260V

最高的电压时候肯定是最恶劣

乘上根号 2 就是 373V

373V 代进去 这个是 540

540-373-50 再除以 24V

这我就得到了一个 4.86 的变比

也就是说我如果变压器选择 4.86 这个地方

那么我毛刺只要不超过 50V

其实我的管子只要 540V 以内的

绝对不会超过 540

那么我这个 600V 管子就能用

实际上是这么个意思

那么从这个道理来讲

什么意思呢

就是说我是想用什么管的时候我去适合变比

当然了 你说我想用个 300V 的管子

那你就不用干了 马上就炸掉了是吧

已经低于这个输入电压

当然前提是要比这个毛刺要高一些

要留一点裕量

那么 这个关系式非常的重要

我看到很多书上几乎没有一个书

就这么去讲这个道理

其实我们做反激电源的时候

我们是要选定某一个特定的管子来做的

我不能说做做做

我发现毛刺很高不行

我把 600V 改 700V 700V 改 900V

或 900V 改 1200V 不能这么搞

我是想要 600V 就要设计在 600V 上

而不是说我不行了我再去调高

那个就是凑数了

所以说这个理念非常重要

我希望大家能够理解

好 讲到这儿

其实我们讲到了我们反激电源变压器的

变比怎么确定出来的

那前面讲的什么呢

原边的电流 是吧

就是这个原边的电流都可以算出来

就是 I1 I2 通过这些关系

这个占空比也能算出来 爬升率也能算出来

那么通过这个关系呢

I1 I2 虽然不知道

但是我知道这一部分也知道这个输出电流

那么自然 也就可以算出这个第一个电流是多少

第二个电流是多少

也就是说在这一页我们解决什么问题

解决了 就说电流波形是什么样的形状

宽度是多少 开始的电流是多少

最后的电流是多少 实际上是解决了这个问题

就是把电流波形确定了

这个地方是解决了变压器是用什么样的变比

我选 600V 的管子

我就必须遵循这个变比在这个之下

超过这个变比可能就不可靠了

解决了这两个问题之后

我们还要解决另外一个问题

就是我到底用电感量是多大

我虽然知道变比了

但我不知道原边绕多少圈

我也不知道那个磁芯要选多大呢

这还是一个吧

另外一个呢

我选了这个磁芯我还不知道磁通会不会饱和

或者虽然不饱和 ΔB 很大

发热很厉害

那么 实际上呢下面我们右边这一小块

就要解决刚才这个后面的问题

就是说我的到底饱和不饱和

到底我磁通密度会不会选得 ΔB 很高

电感量要取多少