反激变换器_电源工程师技术培训网

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反激变换器的设计流程

反激变换器的设计流程包括了解基本参数、选择最低母线电容电压、选择合适的反射电压、选择控制芯片、选择变压器的电感大小和原边的峰值电流、选择辅助绕组的匝比，以及选择合适的开关管、二极管和输出电容。反激变换器通常应用于AC-DC转换中，由整流桥和滤波电容组成前端。滤波电容的大小影响了反激电路所需要的最低输入电压。根据开关频率选择控制芯片，计算开关管的导通时间，从而确定变压器的电感大小和原边的峰值电流。根据芯片的供电电压要求，选择辅助绕组的匝比，以完成变压器的设计。

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设计参数

设计例子的设计参数包括：输入电压范围为85V到264V，称为全电压范围；输入电压频率在47Hz到63Hz之间；反激电路的输出电压为5V，纹波峰峰值需要小于0.15V；输出电流为2A，功率为10W。

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第一步：母线电压最小值选择

第一步是选择母线电压的最小值。交流输入经过整流滤波后变为直流，滤波电容的大小决定了母线电压的最小值。当滤波电容越小时，电压纹波越大，母线电压的最低值也越低。然而，母线电压越低，电路的电流应力就会增加，需要更大的开关器件和变压器设计，成本也会增加。因此，母线电压的选择要兼顾滤波电容的大小和电路的电流应力。通常设计母线电压在低压满载时有30%的纹波峰峰值，母线电压的最小值等于0.7倍交流电压峰值。对于AC电压为85V的情况，母线电压的最低值大约等于84V

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选择滤波电容

基于最低母线电压，可以选择合适的滤波电容来将整流后的交流电压平滑为直流电压。滤波电容的工作波形包括整流后的交流电压、滤波电容上的电压和通过滤波电容的电流。当滤波电容充电时，其电压随着交流电压的升高而升高；然而，当交流电压开始下降时，其下降速度比滤波电容电压快，导致交流电压很快低于电容电压。在交流电压低于电容电压期间，整流桥反偏，滤波电容向反激电路提供能量；当交流电压在过零点后再次上升并超过滤波电容电压时，整流桥正向导通，交流电源重新给滤波电容充电。滤波电容提供给反激电路的能量在交流电压的峰值时最大，在母线电压的最低值时最小。两者之间的差值即为一个周期内滤波电容需要补充的能量。根据能量公式可以计算出所需的滤波电容容值。

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第二步：选择反射电压

1. 反射电压是输出电压反射到原边的电压，反射电压越高，应力越高。 2. 二极管上的电压应力等于输入电压反射到副边，然后再加上输出电压，反射电压越高，应力越低。 3. 反射电压越高，低频振荡的幅值越大，有机会实现软开关或降低开通损耗。 4. 通常设计反射电压，使二极管的电压应力为其击穿电压的70%。 5. 反射电压除以输出电压得到变压器的匝比，等于反射电压除以输出电压，加上二极管的压降。

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第三步：控制器选择

根据TI网站上的信息，反激式控制器根据工作模式被分为几类。根据应用及设计指标，选择相应的控制芯片。以UCC28610为例，介绍了其开关频率和初级电感的计算方法。根据振荡频率和开关时间，计算变压器原边的峰值电流。这些计算结果可以用于进一步设计和优化电路。

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第四步：估算DCM震荡频率和开关时间

1. UCC28610的工作波形显示了原边开关管两端的电压和变压器副边绕组的电压。 2. 当开关管导通时，电压为0，变压器的负变绕组显示负电压，当开关管关断后，二极管导通，副边绕组显示输出电压加上二极管的压降。 3. 在二极管关断后，变压器的支持电感和开关节点的寄生电容发生震荡，UCC28610在谷底开通，节省开关损耗。 4. 整个谐振周期的波形可以帮助理解，从二极管光光段到谷底切换之间的时间是一半的谐振周期，所以到谷底切换的时间是一半的震荡周期为500ns。 5. 开关周期由原边导通时间、二极管放电时间和谷底切换时间三部分组成，可以根据伏秒平衡计算导通时间，根据能量传递公式计算变压器原边的基石电感和峰值电流。

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第五步：计算辅助绕组

辅助绕组的三个作用：控制芯片通过辅助绕组供电。控制芯片通过辅助绕组对输出进行采样。控制芯片通过辅助绕组来实现谷底开通检测。辅助绕组的电压设计：辅助绕组的电压设定为16V，以满足UCC28610控制芯片供电的要求。辅助绕组的匝比计算：辅助绕组的匝比等于原边到副边的匝比乘以副边到辅助绕组的匝比，即原边到副边的匝比乘以输出电压除以辅助绕组的电压。从原边到辅助绕组之间的总匝比等于4。

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第六步：开关管选择

开关管的选择应在最高输入电压的情况下进行，耐压计算应考虑输入电压、反射电压和尖峰电压。开关管的导通损耗等于电流有效值的平方乘以导通电阻；对于三角波电流，有效值约为0.4A。当选择导通电阻为1.2欧姆时，导通损耗计算为0.15瓦。开关管的开关损耗包括电容放电损耗和电压电流重叠损耗。在最高开关频率98kHz下，谷底开通时的开通电压为最高输入电压加上反射电压，总的开关损耗为1.6瓦。采用谷底开通可以减小开关损耗，从而提高电源效率。

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第七步：二极管选择

选择二极管的步骤和耐压计算。根据输入电压最高的情况，二极管的电压应力应该等于输入电压折算到副边加上输出电压，并且要加上30%的安全余量。因此，在这种情况下可以选择额定电压为50伏的二极管。二极管的峰值电流等于原边峰值电流折算到副边，约为13.9A；平均电流等于输出电流，即2A。二极管的功率损耗可以估算为导通压降乘以平均电流。如果假设二极管的导通压降为0.6175V，则功率损耗等于1.235W。

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