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如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

●EMC最优化规划-对高功率高频开关电源而言,EMC最优化规划的另一个意图是简化端口的差模共模工程,然后削减器材损耗、进步功率。这些办法是:a、变压器 EMC 结构要追查、阻隔屏蔽要做好b、 PCB 要做好c、 Y 电容要用两只来湮灭偶极子噪音d、开关导通速率宜缓不宜急e、 共模差模结构要合理●热平衡规划 细心考察高频开关电源的热现象,首要温升器材的极端最大温升应大致共同,一般能够50C°为限值。温升还可判别变压器规划的合理性、散热工的合理性、意外的温升点意味着高功率规划的败笔。

关于Flyback拓扑结构的诠释......Flyback的五个最●运用最多的改换器,出产数量、人均拥有量、总用电容量?●功能最差的改换器,能效、电磁兼容性●工况最差的改换器
硬开关、电压应力、电流应力、磁使用率、EMC应力

如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

●任务最重的改换器
安规阻隔、宽电压运用、PFC运用,待机
●最简略的改换器
还有比它更简略的阻隔改换器?集成度越来越高、元件越来越少,做出来很简单,做好呢?
什么叫好?
●比他人做的好
●没有比这个更好
●为什么我做的总没他人做的好
●为什么有那么几个人做出来的反激就是显着比他人好
●我手上这个还能不能更好
●如果能证明这个不可能更好,那就是最好
开关高频开关电源许多方针
●功率、本钱、安全、电磁兼容性、待机、能效、可靠性、安稳性、维护、体积(功率密度)、超薄、精度、纹波、电压调整率、负载调整率、穿插调整率、温度、寿数、功率因数、总谐波。。。
好不好,看功率
●功率做起来,才谈得上其他的
●先做好功率,再说其他
●献身功率的规划不是好规划
●功率是一点一点抠出来的
●对功率的寻求,永远是值得的
●多花点时刻优化功率,就是功率
功率能做到多高呢?
●许多人以88%为规范,几年前的规范
●估量现在能批量出货的应该在90%以上,才有竞争力
●有的人容易就能做到91、92%以上去
●还有个他人,一不小心就做到93%以上去,所谓高手
定一个规划标杆:整机功率94%
●觉得太高?那就93%,不能再低
●这是一个在特定情况下能够完成的整机功率
●这是一个难以完成的整机功率。
●即便没能完成,我们也应该知道自己的距离
●即便没能完成,我们也应该知道为什么没能完成,是哪些因素导致的
什么在影响反激的功率?
漏感
●漏感问题是反激改换器的根本问题。漏感是硬伤。要完成高功率,操控漏感是重头戏。先做好漏感,再说其他。
●漏感有多大?意味着能量传递丢失多大,改换器功率丢失有多大,钳位高频开关电源电路热损耗有多大。这都是额定的,其他改换器没有的。
较大的峰值电流 Ipk
●反激的峰值电流较之其他拓扑更大,原因是其储能/释能这种间歇作业形式决议的,占空比较小。
●临界形式、断续形式、PFC操控、宽电压运用更加剧了峰值电流应力。
●峰值电流决议一个反激变压器的磁应力,导致磁使用率较低。
●峰值电流还与开关(以及副边二极管)导通损耗直接相对应。
较高的原边电压应力
●反激的原边电压应力较之其他拓扑更大,原因是反射电压、漏感尖峰电压叠加在输入电压上,导致开关电压应力为输入电压的1.5~2倍。
●这导致:
a)硬开关动作的损耗剧增(因各种寄生电容导致的损耗添加2~4倍)
b)开关内寄生二极管反向恢复电流激增(导致关断损耗激增)。
c)有必要运用耐压高出1.5~2倍的开关,其丰满压降大幅度进步,导通损耗剧增。
更高的副边二极管电压应力
●反激的副边二极管电压应力更是添加得离谱,按市电AC/DC改换的典型参数,这个电压应力更是高到了其输出电压的3到5倍,还可能有可观的尖峰电压叠加。
●这导致:
a)二极管翻转动作的损耗剧增(因各种寄生电容导致的损耗添加10~30倍)
b)二极管反向恢复电流激增(不要信任此处没有反向恢复的说法)
c)有必要运用耐压高出输出电压几倍的二极管,其丰满压降大幅度进步,导通损耗剧增
拓扑环境层面的规划考虑
高功率的反激规划应该比一般规划更注意细心追查拓扑运用环境,这是因为对功率的极限寻求也是对其运用环境的极限寻求,要让高频开关电源电路作业处于最明确、最舒适、最能取长补短、最能发挥到极限的环境。
1挑选一个较软的拓扑操控形式。准谐振(QR)形式是首选,而CCM、CRM形式可能功率较低。其他比方谐振形式、无损钳位形式、Sepic形式等,因为技能尚不成熟一般不予考虑。
2输出电压较低时,副边考虑同步整流是好主意
3尽量考虑选用专用操控芯片、有口碑的芯片、原边操控的芯片。防止运用6562、3842这样的通用芯片去做反激,用一大堆运放到达的操控环路更是不可取。不是因为这些芯片不能用,而是要伺候这些芯片是很难过的。
4细心证明你的最低输入电压,也就是最大峰值电流 Ipk 的取值。全电压的必要性,过渡形式(CCM形式)的必要性,限流形式(OCP形式)的必要性,操控转折点设置在哪里?任何时候都不要让 Ipk 失控。开机冲击和短路冲击对 Ipk 的影响也要考虑。
如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

5细心证明你的最高输入电压,市电AC/DC运用按264Vac做显然是有问题的,小区电压飙到264Vac以上是常常的。主张按277Vac(必要时再添加一点余量)考虑。
6细心证明你的高频开关电源最高输出电压,或许CV/CC形式的最大输出功率。充分考虑各种情况下输出电压意外飙高的可能性,并挑选一款OVP嗨得住的芯片。OVP是否嗨得住,不只触及高频开关电源最高输出电压带来的最高电压应力、功率应力,还直接关乎假负载的损耗功率。
高频开关电源最高输出电压就是脱离OVP维护形式后的第一个电压。
高频开关电源电路运转层面的规划考虑
1输入回路干净利落,防止热敏电阻、稳妥电阻的规划,硅桥要电流稍大的。共模差模带来的损耗要锱铢必较,一级两级、个大个小、线粗线细之间的差别是很大的。这还触及EMC规划水平,怎么做到用最少的共模差模解决问题?
2开关的选型,MOS最好是外置的,这样方便选型和操控。内阻(Rdson)尽量小一点,Cool-MOSc也是能够的。最重要的是耐压,市电 AC/DC 典型运用,MOS 耐压首选 650V 的,耐压更低的应该嗨不住,耐压更高的特性急剧恶化,其价格、内阻都是很难承受的。
3驱动才干要满意,Rg下拉、上拉电阻要分隔(上拉电阻与二极管并联后串下拉电阻)。关断要干净利落,必定不能让米勒渠道出现在 Ipk 方位。
4在高压端经过电阻完成的电压采样、VCC发动、线电压补偿、安规电容放电等高频开关电源电路是要耗电的。副边假负载、副边采样操控高频开关电源电路也是要耗电的。这些高频开关电源电路要优化,其能耗要追查。
5最灵敏的电流采样、过零(谷底)采样、FB采样高频开关电源电路要精心安置,高频开关电源电路要简练,阻抗要匹配,杂散参数影响要小,PCB要安静。这是因为高功率高频开关电源电路对这些纤细的操控有更高的要求,不能出问题。
6各部波形要正常,没有奇怪的、离谱的东西。环路、高PFC高频开关电源电路的首要参数要调试好,首要方针 PF 和 THD 要根本到达要求,作业安稳,不能有振动,在这个前提下做的功率优化才有意义。
7在最终优化作用出来前,(在经历不足时)某些要影响功率的非有必要高频开关电源电路能够先裸奔。比方:磁珠要撤销、DS上并联的电容要撤销、差模共模可短路、钳位功率最小化(下降电压运转看情况)、副边二极管吸收高频开关电源电路不连接(用高耐压二极管先替代看情况)、假负载功率最小化,CS采样电阻最小化(非OCP形式),乃至VCC供电和副边操控高频开关电源电路用电可考虑用电池组暂时供电。防止这些高频开关电源电路的设置不合理影响主高频开关电源电路运转工况,形成误判。
变压器规划
高功率反激改换器大部分规划技巧隐藏在变压器里
绕组结构和磁决议变压(换)器功能是绕组结构在决议运转参数
如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

绕组结构的束缚条件:
●窗口束缚
原边副边窗口分配用铜量大致持平,满意几许和能量的大致对应。技巧是分配要合理、线包要根本丰满。
●三明治束缚
二夹一的意思,是下降漏感的重要办法,技巧是削减EMC结构、安规结构的晦气影响,耦合要严密。还需注意气隙对绕组的影响、磁芯作为导体的影响,辅佐绕组的结构和方位。
●整层束缚
是下降漏感最重要的办法,技巧是无论怎么都要整层密绕、少半匝都不可,均绕不可、半层更不可,匝数太少就双线或多线并绕、或许用与槽宽等宽的铜箔叠绕。
绕组结构规划能够归结为平面几许问题。规划方针是漏感最小化、气隙最小化,需求较多的经历、技巧、时刻、才智、精力才干到达。是反激改换器规划的重点,也是高功率反激规划的关键所在。
漏感的规划标杆:1%,不然不能完成高功率。
绕组结构决议运转参数:
●一个绕组结构最终与原边副边匝数相对应,其匝比决议反射电压 :
●反射电压决议原边MOS和副边二极管电压应力(不含尖峰部分):
● 有了反射电压即可算出原边电流应力:
●由此得到原边电感量:
●依据临界形式的最大PWM特征周期:
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●与之对应的最低特征频率和最大占空比:

磁参数优化:
磁芯挑选
给出一个(PC40原料的)磁功率应力的经历公式:
如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

●可由此大致判别(λ=1)磁芯是否适宜。高功率的规划要求磁应力不能太紧张,也就是变压器(包含绕组和磁芯)的发热不要成为整个高频开关电源最杰出的。当热应力杰出时,应添加磁芯的 Ae.B 或许运用更好的原料。
磁芯类型也有影响,骨架槽宽 B 越大于槽深 H 的偏平窗口因为越简单满意整层束缚而更有利于削减漏感。
磁丰满强度Bs
优化方向是Bs值最优化,束缚条件是磁芯质量,可按 Bs(或原边电感量 Lp)扩大20%~30%余量后 Ipk 波形可见临界丰满痕迹为判据断定Bs取值。更高的Bs取值,对应更小的气隙、更小的漏感,更小的尖峰电压、可能更高的整机功率。但太高的Bs取值会使上述余量更小、磁芯的质量操控困难、成品率下降。
Bs不能靠估量,要实测。Bs有个最佳值,PC40原料,大约为0.3T,违背这个最佳值都会下降功率。

运转参数优化:
匝比 Np/Ns,反射电压 Vr
优化方向是匝比和反射电压最优化,束缚条件是原边电压应力(即MOS管耐压)。更大的匝比对应更高的反射电压Vr、更小的峰值电流 Ipk、可能更小的漏感、更大的最大占空比 Dmax、更低的副边电压应力Vs(以便运用最低耐压的肖特基)。但反射电压太高会导致开关电压应力及开关损耗添加,抵消以上效应,应恰到好处
原边匝数Np
优化方向是原边匝数最优化,束缚条件是磁损和开关损耗。更少的原边匝数,对应更小的气隙、更小的漏感绝对值、更小的尖峰、更小原边电感量 Lp、更高的特征频率 Fo、更低的铜损、更大的磁损、更大的开关损耗、可能更高的输入电压低端功率、可能更低的输入电压高端功率。依据这些体现,优化到佳值。
如何理解Flyback高频开关电源的设计方案?

高频开关电源电路优化合作
一个好的变压器规划出来今后,需求高频开关电源电路与之合作,才干充分发挥高功率特性
1钳位高频开关电源电路
尖峰必定是有的,尖峰巨细取决于漏感,钳位功率也取决于漏感。钳位二极管耐压应不低于MOS管耐压,一般应考虑用快恢复的。防止运用4007、磁珠、二极管上串电阻,这些东西是要发热的。钳位电阻应与钳位电容合作,考虑到漏感能量有一部分消耗在开关上,钳位功率操控在漏感的50%以下为宜。

2副边二极管反压尖峰 RC 吸收高频开关电源电路
非CCM形式,主张在原边MOS驱动上动手脚,添加导通电阻、减缓导通速率、使用米勒效应搬运功率、到达减小乃至彻底消除副边二极管反压尖峰之意图。此法可彻底省掉RC吸收,收成最高整机功率。即便有过渡到CCM形式,上述导通电阻也应做适应性调整,选用一个合理取值,合作RC吸收到达意图。
RC吸收是有损吸收,关于每一个事例、每一个吸收电容值,都有一个最佳电阻值合作使尖峰最小化,找到这个电阻值,到达最小损耗的吸收。在多路输出时,首要的回路才需求RC吸收(并按上面的办法使损耗最小化),非有必要的回路主张裸奔(用二极管耐压去扛),或许略微吸收一下即可,切不可喧宾夺主。
3副边二极管耐压
在漏感最小化、吸收最佳合作后,副边二极管电压应力现已最小化了,按此电压应力挑选一款最低耐压的肖特基,即到达最高效运用。即便有同步整流助力也应如此。此举是进步整机功率最重要的办法之一。
其它高频开关电源电路优化合作
●副边操控高频开关电源电路耗电最小化规划 尽量在 TL431(1~2mA)范围内解决问题,假负载电流、吸收回路电流亦可使用起来为其供电。防止独自绕组供电的规划。
●辅佐绕组电压最小化规划 以芯片VCC工况为准,电压匹配、电流够用即可,VCC电容容量够用即可。能少一匝就少绕一匝的意思,防止为加快发动而成心添加VCC电流的规划。
●电流采样电阻Rcs 可能成为PCB板上的热门,也就是损耗点。在有必要采样时,应该纠结芯片的采样阀值设置,尽量低一点有利功率;不然可适当减小此电阻值,减小热丢失。

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