第八届(苏州)电动工具控制与充电技术研讨会 广告 第四届(合肥)家电电源与智能变频技术研讨会 广告 MPS直播 广告 凌鸥学园天地 广告

电源设计小贴士|设计CCM反激式转换器

2025-07-08 14:53:48 来源:德州仪器

连续导通模式(CCM)反激式转换器通常用于中等功耗的隔离型应用。与不连续导通模式(DCM)运行相比,CCM转换器运行的特点是具有更低的峰值开关电流、更低的输入和输出电容、更低的EMI以及更窄的工作占空比范围。由于具有这些优点并且成本低廉,CCM转换器已广泛应用于商业和工业领域。本文将提供反激式转换器设计注意事项中,53Vdc至12V/5A CCM转换器的功率级设计公式。

图1展示了工作频率为250kHz的60W反激式转换器的详细原理图。所选占空比在最低输入电压(51V)和最大负载时最大,为50%。虽然也可以在超过50%占空比的情况下运行,但在本转换器设计中无此必要。由于57V的高压线路输入电压相对较低,因此在CCM转换器运行时,占空比只会降低几个百分点。但如果负载大幅降低,转换器进DCM运行模式,占空比就会显著降低。

60W CCM反激式转换器原理图

图1. 60W CCM反激式转换器原理图

设计规格

为防止磁芯饱和,CCM转换器绕组开/关时间的伏秒积必须保持平衡。这等于方程式1:

方程式1方程式1

将dmax设置为0.5并计算Nps12(Npri: N12V)和Nps14(Npri: N14V)的匝数比,如方程式2和方程式3所示:

方程式2方程式2

方程式3方程式3

变压器匝数比现已设定(方程式4和方程式5),因此可计算出工作占空比和FET电压。

方程式4方程式4

方程式5方程式5

Vdsmax表示FET Q2漏极上无振铃的“平顶”电压。振铃通常与变压器漏电感、寄生电容(T1、Q1、D1)和开关速度有关。选择200V FET时,FET 电压会再降低25%至50%。变压器绕组之间必须实现良好耦合,如有可能,转换器最大漏电感必须为1%或更低,以更大限度地减少振铃。

当Q2导通时,二极管D1的反向电压应力等于方程式6:

方程式6方程式6

由于漏电感、二极管电容和反向恢复特性的影响,当次级转换器绕组摆幅为负时,振铃现象很常见。具体请参阅方程式7:

方程式7方程式7

我们选择了转换器额定值为30A/45V的D²PAK封装,以便在10A电流下将正向压降减至0.33V。转换器功率耗散等于方程式8:

方程式8方程式8

建议使用散热器或气流进行适当的热管理。初级电感的计算公式为方程式9:

方程式9方程式9

POUTMIN是转换器进入DCM的位置,通常为POUTMAX的20%至30%。

初级峰值电流出现在VINMIN时,等于:

方程式10方程式10

这对于确定转换器最大电流检测电阻(R18)值而言是必要的,能够防止控制器的初级过流(OC)保护电路跳闸。对于UCC3809,R18两端的电压不能超过0.9V,以保证全输出功率。在本例中,我们选择0.18Ω。也可以使用更小的电阻,以减少功率损耗。但过小的电阻会增加噪声灵敏度,并使OC阈值处于高电平,有可能导致变压器饱和,更糟糕的是,甚至会导致OC故障期间出现与应力相关的电路故障。CCM反激式转换器电流检测电阻耗散的功率为方程式11:

方程式11方程式11

根据方程式12和方程式13估算FET导通损耗和关断开关损耗:

方程式12方程式12

方程式13方程式13

与Coss相关的损耗计算有些模糊,因为该转换器电容具有相当高的非线性度,会随着Vds的增加而降低,在本设计中估计为0.2W。

电容器要求通常包括计算最大均方根电流、获得预期纹波电压所需的最小电容以及瞬态保持。输出电容和IOUTRMS的计算公式为方程式14和方程式15:

方程式14方程式14

方程式15方程式15

可以仅使用陶瓷电容器,但在直流偏置效应后需要7个陶瓷电容器才能实现83µF。因此,我们只选择了足以处理均方根电流的电容器,然后使用了电感器—电容器滤波器来降低输出纹波电压并改善负载瞬态。如果存在较大的负载瞬态,可能需要额外的输出电容来减少压降。

输入电容等于方程式16:

方程式16方程式16

同样,您必须考虑转换器会损耗电容的直流偏置效应。如方程式17所示,均方根电流约为:

方程式17方程式17

图2展示了原型转换器的效率,而图3展示了反激式评估板。

转换器的效率和损耗决定了封装的选择和散热要求

图2. 转换器的效率和损耗决定了封装的选择和散热要求

 

60W反激式评估硬件尺寸为100mmx35mm

图3. 60W反激式评估硬件尺寸为100mmx35mm

结语

本转换器设计示例介绍了功能性CCM反激式转换器设计的基本元件计算。然而,初始估算通常需要反复计算,以便进行微调。不过,为了获得运行良好且优化的反激式转换器,在变压器设计和控制环路稳定等方面,往往还需要做更多的细节工作。

声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。
Big-Bit 商务网

请使用微信扫码登陆

x
凌鸥学园天地 广告