在此之前,已經(jīng)介紹了一些關(guān)于反激的基礎(chǔ)知識
本節(jié)將會盡可能詳細的從理論上進行反激變壓設(shè)計的推導(dǎo),在此申明,本節(jié)內(nèi)容是基于理想情況下進行理論的講解,至于實際中影響的各種因素,會在后續(xù)逐步進行深入講解。
通常,在設(shè)計一個反激變壓器之前,總會有一些輸入條件,比如輸入電壓Vin,輸出電壓Vout,輸出功率Po或者輸出電流Io,依據(jù)我們選擇的驅(qū)動IC和設(shè)計經(jīng)驗,可以初步確定開關(guān)頻率fsw
1、計算輸入平均電流
2、根據(jù)反激電路輸入側(cè)電流波形,平均電流Iagv與峰值電流Ipeak的關(guān)系如下:
CCM模式下,Ipeak>ΔI,DCM模式下,Ipeak=ΔI
3、計算變壓器勵磁電感量Lm
根據(jù)反激電路初級側(cè)勵磁電感電流波形分析,存在如下關(guān)系:
CCM模式:0<k<1
DCM模式:ΔI=Ipeak
根據(jù)電感感應(yīng)電壓公式:
4、AP計算法
目前AP法(即面積乘積法)仍被推薦為選擇磁心的一種有效方法,用于計算變壓器面積的方法稱為AP法,如下圖是一個典型的變壓器示意圖。
我們把磁芯的二維示意圖畫出來,如下圖所示
其中Aw為磁芯可繞導(dǎo)線的窗口面積(cm^2),Ae為磁芯的有效橫截面積(cm^2),則有AP=AW*Ae(cm^4)。
但AP法原本是針對傳統(tǒng)的工頻正弦波鐵心變壓器而提出的,直接用于波形復(fù)雜的高頻變壓器并不合適,計算結(jié)果也很不準(zhǔn)確。由于推導(dǎo)過程比較繁雜,在此不做贅述,有興趣的同學(xué)可以在網(wǎng)上查找學(xué)習(xí),當(dāng)然針對反激變壓器計算的AP法公式并不唯一,但計算結(jié)果都不會相差很多,我們可以選擇一個在實踐中覺得比較合適的進行初步的設(shè)計計算。
小編經(jīng)常采用的公式如下:
其中,B為磁通量,Kw為窗口填充系數(shù),一般選擇0.2-0.4,j為電流密度,一般選擇4-6,在計算時,AP公式中各參數(shù)均為無單位數(shù)值。
5、計算變壓器的匝數(shù)
在網(wǎng)上很多資料中,都普遍通過伏秒平衡原理進行變壓器匝比的計算,如下式
通過上期對伏秒平衡法則的解釋,很明顯我們發(fā)現(xiàn),上式僅適用于CCM模式下,因為在DCM模式下,勵磁電感去磁的時間并非(1-D)*T,而是小于該值。不過在前邊我們推理過
CCM模式和DCM模式的臨界條件,為了簡單,姑且可以先用上式計算出CCM模式下的匝數(shù)比Nps,然后通過DCM模式下的條件進行驗證,知道選擇合適的匝數(shù)比。
DCM模式下:
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:
其中,ψ表示磁鏈,B表示磁感應(yīng)強度,S表示磁芯的橫截面積,即上文中提到的Ae。
則副邊匝數(shù)為
6、計算變壓器原副邊電流有效值
經(jīng)過上述的推導(dǎo),我們基本上已經(jīng)確定了反激變壓器原副邊的電流波形,有效值可以通過積分公式進行計算
在此給出幾組公式,可以在計算過程中求證一下是否正確
DCM模式:
其中,D1表示DCM模式下勵磁電感去磁階段時長占整個開關(guān)周期的比例。
CRM模式下:
CCM模式下:
根據(jù)其波形特點和有效值計算法則進行計算:
CCM和CRM模式通用的計算公式可以歸納為:
根據(jù)上述電流值的計算,可以選擇合適的原副邊繞組導(dǎo)線。