在此之前,已經介紹了一些關于反激的基礎知識
本節將會盡可能詳細的從理論上進行反激變壓設計的推導,在此申明,本節內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,會在后續逐步進行深入講解。
通常,在設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,依據我們選擇的驅動IC和設計經驗,可以初步確定開關頻率fsw
1、計算輸入平均電流
2、根據反激電路輸入側電流波形,平均電流Iagv與峰值電流Ipeak的關系如下:
CCM模式下,Ipeak>ΔI,DCM模式下,Ipeak=ΔI
3、計算變壓器勵磁電感量Lm
根據反激電路初級側勵磁電感電流波形分析,存在如下關系:
CCM模式:0<k<1
DCM模式:ΔI=Ipeak
根據電感感應電壓公式:
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法原本是針對傳統的工頻正弦波鐵心變壓器而提出的,直接用于波形復雜的高頻變壓器并不合適,計算結果也很不準確。由于推導過程比較繁雜,在此不做贅述,有興趣的同學可以在網上查找學習,當然針對反激變壓器計算的AP法公式并不唯一,但計算結果都不會相差很多,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計計算。
小編經常采用的公式如下:
其中,B為磁通量,Kw為窗口填充系數,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公式中各參數均為無單位數值。
5、計算變壓器的匝數
在網上很多資料中,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,很明顯我們發現,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比。
DCM模式下:
根據法拉第電磁感應定律:
其中,ψ表示磁鏈,B表示磁感應強度,S表示磁芯的橫截面積,即上文中提到的Ae。
則副邊匝數為
6、計算變壓器原副邊電流有效值
經過上述的推導,我們基本上已經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周期的比例。
CRM模式下:
CCM模式下:
根據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:
根據上述電流值的計算,可以選擇合適的原副邊繞組導線。