反激式转换器设计选择

时间:2023-09-25
    本文介绍了标准反激式转换器的基本原理和功能及其优点、用途和复杂的架构变化。它还解释了如何使用不同的方法为反激式转换器做出设计选择,但这部分主要侧重于使用电源 WebDesigner (PSW) 工具。
    反激式是简单且常用的隔离式电源转换器拓扑,能够升压或降压,同时在离线应用中提供与交流电源的电流隔离。它是为多种电子设备供电的成本效益的拓扑结构,只要输出功率小于约200W,就具有可接受的效率和足够小的尺寸。我们将介绍反激式转换器设计的一些细节,以及称为电源 WebDesigner (PSW) 的在线系统。
    虽然标准反激式转换器为常见,但这里未介绍其他更复杂的变体,这些变体旨在满足特定需求。例如,双开关版本降低了主开关的额定电压,但增加了第二个电源开关和高侧驱动器。有源钳位版本提高了效率并进一步限制了主开关上的电压应力,但增加了一个辅助开关。
    我们的主要目的是解释如何做出反激式转换器所需的设计选择,无论是使用 PSW 还是任何其他设计方法。PSW 将自动做出所有这些选择,但它提供了极大的灵活性,允许用户更改其中任何一个并在几秒钟内看到效果。因此,它也是学习反激式设计的工具,本文提供的大部分指导都包含在整个设计过程中适当位置的“信息注释”中。
    反激式转换器
    图 1 所示的标准反激式转换器广泛用于低功率 (<200W) 和/或高电压应用,因为它的部件数量较少,并且能够用很少的附加部件提供多个输出,尽管存在交叉调节不如隔离式降压转换器。该转换器通常在断续导通模式 (DCM) 下运行,特别是在小于 50W 的情况下,磁化电流在每个开关周期结束时返回到零,并可能保持一段时间,直到下一个开关周期开始。DCM 的控制设计非常简单,由与非隔离降压-升压拓扑相同的方程描述,但插入了匝数比。

   

    反激式转换器的“变压器”实际上用作耦合电感器,其中初级绕组在开关周期的不同部分期间与次级绕组传导电流。因此,从输入传输到输出的所有能量必须交替地从磁化电感存储和释放,相对于大多数隔离拓扑,这需要较小的磁化电感。

   

    虽然瞬时绕组电压与匝数比相关,但瞬时和均方根绕组电流则不然。在连续和断续导通模式下工作的转换器的基本波形如图 2 所示。
    Fairchild Semiconductor 的网站上有一个复杂的、基于 Web 的设计和仿真工具,称为 Power Supply WebDesigner (PSW),其示例输出如图 4 和本文的其他图所示。它的“自动设计”功能将其归类为系统,能够根据其算法中捕获的设计人员的经验,在无需用户干预的情况下做出下一节中解释的众多设计选择。如果用户想要对设计进行调整,他/她可以查看详细的设计程序,并在文本信息注释和动态限制的指导下覆盖任何设计变量的“推荐”值,以确保输入合理。进行手动调整后,该工具会重新计算稍后的建议值,以根据新输入优化设计。

 

    PSW 生成完整的原型原理图,其中包含所有必要的组件,并提供四种类型的电路分析的结果:计算的组件损耗、稳态波形、瞬态波形和用于指示稳定性的环路增益波特图。(本文仅包含元件损耗和波特图,以说明一些手动设计更改的影响。)如果有任何结果不可接受,可以在设计过程中进行进一步调整(具有错误和极限检查的好处),或者可以直接在原理图上更改元件值。,生成物料清单,并可以选择零件并从电子元件目录分销商处组装订单。

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