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【芯朋宝典】反激变压器优化设计之三

发布时间 2020-11-20 |

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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，Chipown技术团队为大家分享针对PFM模式控制下，如何优化设计变压器！

基于峰值电流控制的PFM调节原理

PFM控制是固定参考电流Ipref，通过调整工作频率来稳定输出电压。控制原理为：FB电压通过VCO决定clock时钟，Clock信号到来Gate置高，Ip电流线性增长，当Vcs等于内部固定Ipref时Gate置低。

在PFM模式下，工作频率fs与输出功率为线性关系：

五步法设计变压器

以经典PSR芯片PN8680M为例，为了满足CoC V5 Tier 2能效标准，控制芯片采用PFM+PWM混合工作模式。

对于此类芯片，应在PFM段额定功率下设计变压器，并保证PWM段fs>20kHz，其CC/CV控制原理说明如下：

PN8680M通过采样变压器辅助绕组开关波形来捕捉输出电压，与内部基准误差放大后调节开关频率(重载段)来稳定输出电压：

当负载不断加重，超过了系统的恒流点，PN8680M进入自适应恒流模式，使得Tdmg/Ts=0.5来恒定输出电流：

根据PN8680M恒流原理可知，变压器设计时应保证最大占空比Dmax＜0.5。

第一步

确定变压器匝比n，受Dmax、Vdsmax、Vrrmax三个量限制：

第二步

通过CS电阻设定Ipmax，保证CC点合理，需考虑变压器耦合系数Kcc：

第三步

确定Lp，计算变压器原副边电流有效值，fs小于65kHz（CC/CV转折点频率），否则从第一步迭代：

第四步

设定初次级圈数和线径，电流密度合理、不饱和、可绕制，否则从第一步重新迭代：

第五步

设定供电绕组Na及屏蔽绕组，调整绕制方式，使得VDD电压在芯片规格之内（推荐值15V）且满足要求EMC。

变压器设计实例

备注：S3计算时，应考虑反激变换器转换效率eff，计算出的开关频率fs更为精准。

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