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分类: 电子 |
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匝数比=1:1,即原边与副边的匝数相等。当开关导通时,48V输入电压全部加在变压器的原边。同样,副边也得到48V的电压(忽略漏感),并加于续流二极管两端。实际上,具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。48V的电路中,至少要采用电压为60V的器件,如果电压有过冲或者输入电压有波动,那么要求采用更高电压的器件。二极管的反向阻断电压越高,其通态电压也越高,变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中,整流二极管的通态电压是一个常见的问题。原因很明显:电感中的电流要么流过整流二极管,要么流过续流二极管,无论哪种情况,在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。二极管的损耗使变换器效率进一步下降。这部分功率不在总功率VoutI之中。解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器,但是其驱动非常复杂(同样的道理,当输出Vout降到3.3V,甚至更低时,必须使用同步整流器)。
不管怎么样,对于一个高效率的变换器而言,如果不采用同步整流器,1:1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
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这时原边匝数是副边的2倍,所以加在原边的电压为48V,副边和二极管上的电压为24V,可以使用肖特基功率二极管。正激式变换器占空比近似为DC=Vout/Vsec=5V/24V=21%(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。变压器原边的峰值电流,即流过开关器件的峰值电流,可以通过本章第一部分介绍的方法计算得到,原边电压升高(副边电压反射到原边)时,电流会降低。所以,如果副边正向二极管上电流为20A,那么流过晶体管的电流为Ipri=20A/2=10A。实际工作中,10A的电流对MOSFET器件来说太高了(250kHz频率时,我们不会采用双极型晶体管)。MOSFET的通态损耗与电流的平方成正比,那么损耗就是100A2×RDS.on×21%。能够承受这么大损耗的MOSFET器件价格很贵。
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此时副边二极管上的电压仅为48V/3=16V,占空比大约为5V/16V=31%。原边电流为20A/3=7A,此时器件通态损耗只是匝数比为2:1情况下的四分之三,即仅为49A2×R×31%。所有的参数都在设计要求之内。
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副边二极管上的电压为48V/4=12V,占空比达到了5V/12V=42%,考虑到二极管的通态压降或者原边电压的波动,占空比将达到45%左右,这是UC3845芯片能够提供PWM占空比的极限。所以,从我们所用芯片的最大占空比角度出发,变压器的变比有一个极限的限制。
这里我们不再重复磁芯选择的整个繁琐过程,也不再去检查有没有其他更好的磁芯。假设我们已经选定合适的磁芯,并且已经完成了相应的工作,现在我们把工作重点放在设计正激式变压器时遇到的一些新问题上。
选择匝数比为6:2,匝数增加了一倍,原边的电感值扩大了4倍,达到了144μH。这就使得激磁电流峰值变为原来的1/4,即0.4A。0.4A激磁电流引起的总有效值的增加部分可以忽略。
这样大小的磁感应强度对3F3材料来说,产生的损耗是适中的;我们也注意到,原边匝数为3的时候,磁感应强度为2050G,对应的磁芯损耗比较大,这也是增加原边匝数的原因之一。

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