高手談開(kāi)關(guān)電源設計心得

　　反激電源變壓器漏感是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數，由于反激電源需要變壓器儲存能量，要 使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開(kāi)氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線(xiàn)的斜率，使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊，而不至于鐵芯進(jìn)入飽和非線(xiàn)形狀 態(tài)，磁路中氣隙處于高磁阻狀態(tài)，在磁路中產(chǎn)生漏磁遠大于完全閉合磁路。

　　變壓器初次極間的偶合，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線(xiàn)圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì )使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(cháng)的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。

　　關(guān)于反激電源的占空比，原則上反激電源的最大占空比應該小于0.5，否則環(huán)路不容易補償，有可能不穩定，但有一些例外，如美國PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的條件下。 占空比由變壓器原副邊匝數比確定，本人對做反激的看法是，先確定反射電壓(輸出電壓通過(guò)變壓器耦合反映到原邊的電壓值)，在一定電壓范圍內反射電壓提高則 工作占空比增大，開(kāi)關(guān)管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小，開(kāi)關(guān)管損耗增大。當然這也是有前提條件，當占空比增大，則意味著(zhù)輸出二極管導通時(shí)間縮 短，為保持輸出穩定，更多的時(shí)候將由輸出電容放電電流來(lái)保證，輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷，而使其發(fā)熱加劇，這在許多條件下是不允許的。 占空比增大，改變變壓器匝數比，會(huì )使變壓器漏感加大，使其整體性能變，當漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉開(kāi)關(guān)管大占空帶來(lái)的低損耗，時(shí)就沒(méi)有再增大占 空比的意義了，甚至可能會(huì )因為漏感反峰值電壓過(guò)高而擊穿開(kāi)關(guān)管。由于漏感大，可能使輸出紋波，及其他一些電磁指標變差。當占空比小時(shí)，開(kāi)關(guān)管通過(guò)電流有效 值高，變壓器初級電流有效值大，降低變換器效率，但可改善輸出電容的工作條件，降低發(fā)熱。如何確定變壓器反射電壓(即占空比)

　　有網(wǎng)友提到開(kāi)關(guān)電源的反饋環(huán)路的參數設置，工作狀態(tài)分析。由于在上學(xué)時(shí)高數學(xué)的比較差，《自動(dòng)控制原理》差一點(diǎn)就補考了，對于這一門(mén)現在還感覺(jué)恐懼，到現 在也不能完整寫(xiě)出閉環(huán)系統傳遞函數，對于系統零點(diǎn)、極點(diǎn)的概念感覺(jué)很模糊，看波德圖也只是大概看出是發(fā)散還是收斂，所以對于反饋補償不敢胡言亂語(yǔ)，但有有 一些建議。如果有一些數學(xué)功底，再有一些學(xué)習時(shí)間可以再把大學(xué)的課本《自動(dòng)控制原理》找出來(lái)仔細的消化一下，并結合實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源電路，按工作狀態(tài)進(jìn)行分 析。一定會(huì )有所收獲，論壇有一個(gè)帖子《拜師求學(xué)反饋環(huán)路設計、調式》其中CMG回答得很好，我覺(jué)得可以參考。

　　最后談?wù)勱P(guān)于反激電源的占空比(本人關(guān)注反射電壓，與占空比一致)，占空比還與選擇開(kāi)關(guān)管的耐壓有關(guān)，有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開(kāi)關(guān)管，如 600V或650V作為交流220V 輸入電源的開(kāi)關(guān)管，也許與當時(shí)生產(chǎn)工藝有關(guān)，高耐壓管子，不易制造，或者低耐壓管子有更合理的導通損耗及開(kāi)關(guān)特性，像這種線(xiàn)路反射電壓不能太高，否則為使 開(kāi)關(guān)管工作在安全范圍內，吸收電路損耗的功率也是相當可觀(guān)的。 實(shí)踐證明600V管子反射電壓不要大于100V，650V管子反射電壓不要大于120V，把漏感尖峰電壓值鉗位在50V時(shí)管子還有50V的工作余量?，F在 由于MOS管制造工藝水平的提高，一般反激電源都采用700V或750V甚至 800-900V的開(kāi)關(guān)管。像這種電路，抗過(guò)壓的能力強一些開(kāi)關(guān)變壓器反射電壓也可以做得比較高一些，最大反射電壓在150V比較合適，能夠獲得較好的綜 合性能。 PI公司的TOP芯片推薦為135V采用瞬變電壓抑制二極管鉗位。但他的評估板一般反射電壓都要低于這個(gè)數值在110V左右。這兩種類(lèi)型各有優(yōu)缺點(diǎn)：

　　第一類(lèi)：缺點(diǎn)抗過(guò)壓能力弱，占空比小，變壓器初級脈沖電流大。優(yōu)點(diǎn)：變壓器漏感小，電磁輻射低，紋波指標高，開(kāi)關(guān)管損耗小，轉換效率不一定比第二類(lèi)低。

　　第二類(lèi)：缺點(diǎn)開(kāi)關(guān)管損耗大一些，變壓器漏感大一些，紋波差一些。優(yōu)點(diǎn)：抗過(guò)壓能力強一些，占空比大，變壓器損耗低一些，效率高一些。

　　反激電源反射電壓還有一個(gè)確定因素

　　反激電源的反射電壓還與一個(gè)參數有關(guān)，那就是輸出電壓，輸出電壓越低則變壓器匝數比越大，變壓器漏感越大，開(kāi)關(guān)管承受電壓越高，有可能擊穿開(kāi)關(guān)管、吸收電 路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效(特別是采用瞬變電壓抑制二極管的電路)。在設計低壓輸出小功率反激電源的優(yōu)化過(guò)程中必須小心處理，其 處理方法有幾個(gè)：

　　1、 采用大一個(gè)功率等級的磁芯降低漏感，這樣可提高低壓反激電源的轉換效率，降低損耗，減小輸出紋波，提高多路輸出電源的交差調整率，一般常見(jiàn)于家電用開(kāi)關(guān)電源，如光碟機、DVB機頂盒等。

　　2、如果條件不允許加大磁芯，只能降低反射電壓，減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但 有可能使電源轉換效率降低，這兩者是一個(gè)矛盾，必須要有一個(gè)替代過(guò)程才能找到一個(gè)合適的點(diǎn)，在變壓器替代實(shí)驗過(guò)程中，可以檢測變壓器原邊的反峰電壓，盡量 降低反峰電壓脈沖的寬度，和幅度，可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時(shí)比較合適。

　　3、增強耦合，降低損耗，采用新的技術(shù)，和繞線(xiàn)工藝，變壓器為滿(mǎn)足安全規范會(huì )在原邊和副 邊間采取絕緣措施，如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能，現實(shí)生產(chǎn)中可采用初級繞組包繞次級的繞法?；蛘叽渭売萌亟^緣線(xiàn)繞制，取消 初次級間的絕緣物，可以增強耦合，甚至可采用寬銅皮繞制。

　　文中低壓輸出指小于或等于5V的輸出，像這一類(lèi)小功率電源，本人的經(jīng)驗是，功率輸出大于20W輸出可采用正激式，可獲得最佳性?xún)r(jià)比，當然這也不是決對的， 與個(gè)人的習慣，應用的環(huán)境有關(guān)系，下次談一談反激電源用磁性芯，磁路開(kāi)氣隙的一些認識，希望各位高人指點(diǎn)。

　　反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態(tài)，所以磁路需要開(kāi)氣隙，類(lèi)似于脈動(dòng)直流電感器。部分磁路通過(guò)空氣縫隙耦合。為什么開(kāi)氣隙的原理本人理解為：由于功 率鐵氧體也具有近似于矩形的工作特性曲線(xiàn)(磁滯回線(xiàn))，在工作特性曲線(xiàn)上Y軸表示磁感應強度(B)，現在的生產(chǎn)工藝一般飽和點(diǎn)在400mT以上，一般此值 在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場(chǎng)強度(H)此值與磁化電流強度成比例關(guān)系。磁路開(kāi)氣隙相當于把磁體磁滯回線(xiàn)向X 軸向傾斜，在同樣的磁感應強度下，可承受更大的磁化電流，則相當于磁心儲存更多的能量，此能量在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)通過(guò)變壓器次級瀉放到負載電路，反激電源磁芯 開(kāi)氣隙有兩個(gè)作用。其一是傳遞更多能量，其二防止磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)。

　　反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態(tài)，不僅要通過(guò)磁耦合傳遞能量，還擔負電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心，氣隙太大可使漏感 變大，磁滯損耗增加，鐵損、銅損增大，影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和，導致電源損壞

　　所謂反激電源的連續與斷續模式是指變壓器的工作狀態(tài)，在滿(mǎn)載狀態(tài)變壓器工作于能量完全傳遞，或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環(huán)境進(jìn)行設計，常規反 激電源應該工作在連續模式，這樣開(kāi)關(guān)管、線(xiàn)路的損耗都比較小，而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力，但是這也有一些例外。 需要在這里特別指出：由于反激電源的特點(diǎn)也比較適合設計成高壓電源，而高壓電源變壓器一般工作在斷續模式，本人理解為由于高壓電源輸出需要采用高耐壓的整 流二極管。由于制造工藝特點(diǎn)，高反壓二極管，反向恢復時(shí)間長(cháng)，速度低，在電流連續狀態(tài)，二極管是在有正向偏壓時(shí)恢復，反向恢復時(shí)的能量損耗非常大，不利于 變換器性能的提高，輕則降低轉換效率，整流管?chē)乐匕l(fā)熱，重則甚至燒毀整流管。由于在斷續模式下，二極管是在零偏壓情況下反向偏置，損耗可以降到一個(gè)比較低 的水平。所以高壓電源工作在斷續模式，并且工作頻率不能太高。 還有一類(lèi)反激式電源工作在臨界狀態(tài)，一般這類(lèi)電源工作在調頻模式，或調頻調寬雙模式，一些低成本的自激電源(RCC)常采用這種形式，為保證輸出穩定，變 壓器工作頻率隨著(zhù)，輸出電流或輸入電壓而改變，接近滿(mǎn)載時(shí)變壓器始終保持在連續與斷續之間，這種電源只適合于小功率輸出，否則電磁兼容特性的處理會(huì )很讓人頭痛

　　反激開(kāi)關(guān)電源變壓器應工作在連續模式，那就要求比較大的繞組電感量，當然連續也是有一定程度的，過(guò)分追求絕對連續是不現實(shí)的，有可能需要很大的磁芯，非常 多的線(xiàn)圈匝數，同時(shí)伴隨著(zhù)大的漏感和分布電容，可能得不償失。那么如何確定這個(gè)參數呢，通過(guò)多次實(shí)踐，及分析同行的設計，本人認為，在標稱(chēng)電壓輸入時(shí)，輸 出達到50%~60%變壓器從斷續，過(guò)渡到連續狀態(tài)比較合適?；蛘咴谧罡咻斎腚妷籂顟B(tài)時(shí)，滿(mǎn)載輸出時(shí)，變壓器能夠過(guò)渡到連續狀態(tài)就可以了。