反激开关电源设计之变压器优化

电源工程师在反激开关电源设计过程中，经常会遇到很多棘手的问题。x0a芯朋微电子技术团队，总结了工程师们在开关电源设计中遇到的这些问题，给出一系列的解决方法，分享给各位粉丝！...

电源工程师在反激开关电源设计过程中，经常会遇到很多棘手的问题。比如变压器优化设计、环路设计、输入整流滤波器及关键器件选型等等。

芯朋微电子技术团队，总结了工程师们在开关电源设计中遇到的这些问题，给出一系列的解决方法，分享给各位粉丝！

今天我们先为大家讲解开关电源设计中，变压器如何优化？我们首先分析了反激变换器的工作模式，通过定义Krp因子，提出了适合于任意工作模式的反激变压器设计方法，并举两个例子验证优化方法的准确性。

时域分析：分段线性化

DCM工作模式在一个开关周期结束时，变压器储存的能量释放完毕。

CCM工作模式在一个开关周期结束时，变压器储存的能量尚未释放完毕，没有T3振荡时间。

多模式归一化分析：Krp因子

Krp因子统一了反激变换器的电磁优化: Krp因子越小，变压器原副边的电流峰值及有效值越小，但需要更大AP值的变压器。

AP法选择变压器J电流密度A/mm2 ；Kp原边窗口系数；Ku铜线窗口系数。

Lp、Ipk、Krp的关系



同时满足DCM的能量守恒与CCM的伏秒平衡可推导出临界电感感量。当实际变压器感量大于临界值，变换器工作在CCM模式，反之，变换器工作在DCM模式。1. 控制策略

为应对六级能效要求，当前反激变换器的控制器工作在多模式，变压器设计需结合芯片的控制策略，下面是原边反馈芯片PN8370的恒压控制策略(PFM+PWM+DPFM)：



2. 变压器设计步骤

第一步： 确定变压器匝比，为平衡纹波及采样稳定性，反射电压在70-100V之间。

第二步： 确定Rcs，定下原边Ipk&过流点(芯片恒流模式下D2固定为0.5)。第三步：确定变压器Lp。

开关频率35-75kHz线径合理且能绕制变压器不饱和第四步：设定Vcc及屏蔽绕组，选择绕线结构：供电9-30V之间， Y干扰量2V以内。

3. 理论计算备注: 理论计算中忽略了考虑变换器效率及变压器耦合因子，以便仿真验证公式的准确性。

4. 仿真验证1. 控制策略

为应对六级能效要求，当前反激变换器的控制器工作在多模式，变压器设计需结合芯片的控制策略，下面是次边反馈芯片AP8267的恒压控制策略(PWM + PFM + Burst)：2. 变压器设计步骤

第一步： 确定变压器匝比n，决定最大占空比Dmax，反射电压Vr在60-130V之间。第二步： 定Krp(0.4-0.7)，设定电感感量Lp。第三步：额定负载下J、Ku合理；OCP负载下变压器不饱和。第四步：设定Vcc&屏蔽绕组，选择绕线结构：供电9-30V之间， Y干扰量2V以内。

3. 理论计算备注: 理论计算中忽略了考虑变换器效率，以便仿真验证公式的准确性；由于EF20的Ae较小，Krp因子不能取太小。

4. 仿真验证

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