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【芯朋宝典】反激变压器优化设计之一

发布时间 2020-09-30 |

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攻城狮们在反激变压器设计时，需综合考虑电源电气指标、EMC&安规、可靠性等因素，控制技术的快速发展(如PSR控制、高频QR、ACF)使得传统变压器设计方法已穷于应对，Chipown技术团队根据多年实战经验，将为大家陆续专题分享《反激变压器优化设计》的系列心得，希望能助电源攻城狮们一臂之力！

本期为大家分享AP法则、磁通密度、电流密度和共模噪声等实用理论。

变压器设计考量

AP法则

1、多大窗口面积Aw可以保证变压器线圈绕制且安全距离充足？

2、多大磁芯有效截面积Ae可以保证变压器最大功率下也不饱和？

3、AP值定义为Aw和Ae的乘积，满足AP值的磁芯及配套骨架为可用变压器:

变压器匝比n和初级感量Lp

变压器匝比n影响Q1的Vds电压、D1的Vrr电压，并受最大占空比限制

初级感量Lp影响变换器工作模式：

当Lp=Lbcm,芯片工作在BCM模式；
当Lp>Lbcm,芯片工作在CCM模式；
当Lp<Lbcm,芯片工作在DCM模式。

磁通密度

1.反激变压器有变压和储能双重作用：

当Q1导通则D1截止，变压器储能能量于初级电感Lp中；当Q1截止则D1导通，变压器向次级负载释放能量；

2.由于反激变换器多基于峰值电流控制，因而Ipmax由控制芯片通过CS电阻限定；

3.变压器磁化曲线在第一象限：

为防止变压器饱和，磁芯需开气隙，使得最大磁通密度Bm<Bs。

电流增量

最大原边电流

最大磁通密度

磁化曲线

电流密度

1. 电流密度定义为流过线圈电流有效值除以线圈截面积。电流密度越小，变压器线圈的发热则越小。

2. Krp因子统一了反激变换器的任意模式的优化分析:Krp因子越小，变压器原副边的电流峰值及有效值越小。不同工作模式下，反激变压器工作电流波形差异较大,通过Krp因子可简化计算。

趋肤效应、临近效应

1.趋肤效应：高频电流流过导体时，越靠近导体表面电流密度越大，越靠近导体中心电流密度较小，结果使导体损耗增加。导线中电流密度从表面到中心按指数规律下降，工程上定义表面下穿透深度以内流导线全部电流。

导体穿透深度@20℃

铜导体穿透深度@100℃

2.邻近效应：当高频电流在两导体中彼此反向流动，电流会集中于导体邻近侧流动。

共模噪声

由于反激电源内部的高频干扰源电流方向不同，可通过优化设计变压器使干扰相互抵消：当共模平台电压向上则增加屏蔽圈数，向下则减少屏蔽圈数，直至共模平台电压控制在2V以内。

变压器寄生电容分析模型

共模噪音分析模型

共模噪音波形

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