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1、正激电路设计总结正激电路设计总结 发布时间: 2013-04-10 16:37:55 来源: EDA 中国正激电路设计的一些总结 在 DC-DC 通信领域里，目前正激有源钳位占了大半江山，特别是国内的模块电源厂家，其中使用控制芯片比较的多的是国半的 LM5025NCP1562，目前这两个芯片我都有成熟的设计案例，NCP1562 按推荐的电路调试是很难达到模块的电源的设计要求，主要是电压环路的设计上有不少问题。 第一次在电源网发博，今天就想说说对在正激设计中，变压器一些不定参数的选择，如变压的B 和 Bmax 的选择、占空比的选择、因为已有太多的初学者问过同样的问题了，希望能初学电源的革命同志有
2、点帮助。 首先我们要正确理解正激变压的特点，正激变压的工作模式是，变压器一边导通一边传递能量，可以把它理解成隔离的 BUCK，其实正激才是真正的变压器，它不存储能量，只是把能量向副边传递，所以正激变压器不需要开气隙，而反激变压相当于一个隔离电感，先存储能量在传递能量，磁芯的特性是低磁阻的，无法存储能量，所以反激变压器需要开气隙来存储能量，好不要扯远了，这里这是描述一下正激变压器工作的特点。任何的磁性器件工作都需要激磁和去磁，正激变压器集成产生的能量不能传递到副边，反激可以，所以正激电路必须要加去磁电路，按照去磁的方式，我们将正激分成了三绕组去磁正激、谐振正激、和有源钳位正激，三绕组正激的工作在
3、第一象限、而谐振正激和有源去磁正激工作在第一和第三象限，这些都老生常谈的话题了，在各种开关电源书籍中都有非常多的描述，推荐初学者读一下张兴柱博士的开关电源功率变换器拓扑与设计归纳性很强的。 由于正激变压器中B 值的变化不会随着输出电流的改变而改变，也不会随着输入电压的改变而改变，设计成多少，它就是多少，所以磁饱和的问题是很容易控制住的。在一些教材和沦文里提到了一个 0.1 和 0.3 的取值问题。很多人问我到底取 0.1 好，还是 0.3 好呢？首先我们看看为什么可以取到 0.3，我们来看看磁芯材质的特性，DC-DC 的模块电源用过的材质有金川的 RM2.3K、越峰的 P47、天通的 TPW3
4、3A、TDK 的 PC95、主要是高频特性好。因为不能贴图，希望有兴趣的可以找资料看看。这几种差不多都是都是在 100 B 值在 0.4 左右就完全饱和了，我们设计的时候可不能让它到磁饱和，太危险了。得把余量考虑进去，这个余量怎么把控呢？磁滞回线的变化是从线性区到非线性区，再到饱和。其实我们最好不让它跑到线性区，因为这样虽然不会一定损坏，但是比较危险了，而且在非线性区的励磁电感量急剧变小，MOS 管理的峰值电流也是急剧变化的容易失控。所以我们的 B 值的最大取点应该是线性工作区和非线性工作区的交接点，可以从厂家提供的手册中图形中查到。不同的磁芯不一样，我们不能过渡的去依赖别人提供的经验值。今天
5、接着写点：B 值选取是计算的一个步骤，在对变压器/电感进行匝数取整等动作后，B 值已比原来设想的值有一些偏移，所以我们对设计 B 值进行折算，再次确认没有达到饱和条件，在实际的电路调试中最好还需要进行再次测试确认，B 值的验证测试非常复杂，我们可以借助于它和电流或电感量的关系来进行验证; 测试方法一：直接使用示波器的电流探头检测从互感器整流后的电压波形，或使用电流探头检测变压器原边电力的波形，将负载调节到最大负载或满载条件，环境温度设置为高温条件，直到电源的过温保护，过温保护前保证原边电流的波形的斜波部分是线性上升的过程，如果出现上升斜率的暴增，说明变压器已进入的前饱和状态，我们需要继续调整一
6、下变压器或电感的参数，主要是电感的参数； 测试方法二；使用带直流偏置源的电桥来测试，不用上电直接把设计好的变压器或电感装置在设备上，计算出电源的峰值电流，将直流偏置源的最大电流设置超过峰值电流值，测试后读取仪表上的电感量，如果电感量在到达峰值电路值的时候出现明显下降，说明已磁已开始进入前饱和区；先休息休息，以后再补.今天天气不错接着写点内容，测试方法二中，最好是要加入高温的条件，但是这种精密的仪器是不可能放到高温箱中去测试的，我们可以把直流偏置的时间延长点，最好接个热电 藕检测温度。前面我们说 B 值的选取都是考虑到磁饱和的条件，除了这个外我们还要考虑变压器的损耗，B 值选择小，计算出来的变压
7、器匝数就多，这种情况下不是增加变压器体积，就是增加电流密度导致变压器的铜损上升。如果 B 值选择大如靠近 0.3 附件，我们看看 P47材质中，在 300KHZ 的频率下 B 值为 0.1 时的铁损是 400KW/M3，而在 0.3 时为 6000KW/M3，一共增加了 25 倍，厉害吧！，所以在变压器设计中，工作磁通 B 的选择对变压器损耗的影响 非常大，如果我们想做高效率的电源就不得不在这里来精打细算了。总结一下变压器 B 值的选取要考虑到饱和、考虑到损耗、考虑到体积，没有对的只有优的。正激占空比的选择，三绕组去磁正激的占空比不能超过 0.5，这里就不在重复的罗嗦了，很多书籍上都有写，谐振
8、去磁正激和有源钳位正激去磁的原理非常相似，占空比的选择方法也比较接近，在 DC-DC 特别是模块电源，输入电压范围都比较宽，2:1 是常见的范围，也有不少是 4:1 的范围，输入电压一般有三个母线段，12V 输入母线、24V 输入母线、48V 输入母线。48V 在通信领域非常多、24V 在工业控制行业非常多，在这种宽输入电压范围的条件下，占空比需要考虑到最大占空比、最小占空比、典型占空比，首先我们看看取最大占空比要注意什么，正激变压器开通时和关断时，在原边绕组上的电压按照伏秒平衡法则，也就是开通的电压 x 开通的时间=关断的电压 x 关断的时间，如果占空比选择较大，那么关断的时间会比较小，原边绕组上关断器件的电压也就大，反应在开关管 VDS 上的电压也就比较大，我们受制于开关管的 VDS 耐压，有些哥们会问：我选大耐压的 MOS 管不就可以了吗？当然可以，关键是我们考虑到效率、考虑的成本，也就不划算了，电源设计其实就是优化设计。占空比太小，单个脉冲传输的功率小，从负载反射到原边的峰值电流大，对开关管的开关损耗影响也非常大。另外小的占空比意味着变压器更大的匝比，变压器会有更高漏感和更大的漏感尖峰电压。对于 2：1 DC-DC 我通常 0.3-0.6 之间的占空比选择相对比较优化；
