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【芯朋寶典】反激變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)之四

發(fā)布時(shí)間 2020-12-03 |

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攻城獅們?cè)诜醇ぷ儔浩髟O(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮電源電氣指標(biāo)、EMC&安規(guī)、可靠性等因素，控制技術(shù)的快速發(fā)展使得傳統(tǒng)變壓器設(shè)計(jì)方法已窮于應(yīng)對(duì)，Chipown技術(shù)團(tuán)隊(duì)在前面三期為大家分享了變壓器基礎(chǔ)知識(shí)、PWM和PFM控制模式下的變壓器設(shè)計(jì)，受到fans們一致好評(píng)。

本期，Chipown技術(shù)團(tuán)隊(duì)為大家?guī)碓撓盗形恼碌氖展僦?，在QR控制模式下，如何通過平衡變壓器匝比n和感量Lp優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)。

基于峰值電流控制的QR工作原理

QR控制屬于PFM控制，其控制原理為：FB電壓產(chǎn)生Clock信號(hào)和Ipref，DMG電壓產(chǎn)生Valley信號(hào)。當(dāng)Clock信號(hào)和Valley信號(hào)同時(shí)為高后產(chǎn)生Set Signal，Q1導(dǎo)通，ip電流線性增長(zhǎng)；當(dāng)Vcs等于Ipref時(shí)Gate置低，Q1關(guān)閉。

QR控制的fS如何產(chǎn)生？

由上面公式可知，Po決定了工作點(diǎn)Ipk和fs，Ipk、Vg等參數(shù)又決定fs。Td是為了實(shí)現(xiàn)谷底開通降低開關(guān)損耗；fs會(huì)隨輸入電壓的升高而升高，因此控制芯片需限制最高開關(guān)頻率fsmax。

四步法設(shè)計(jì)QR變壓器

以經(jīng)典QR芯片PN8161為例，為了滿足CoC V5 Tier 2能效標(biāo)準(zhǔn)，控制芯片采用QR+PFM+PWM+BM混合工作模式。

對(duì)于此類芯片，應(yīng)在最低輸入電壓Vgmin及額定功率下設(shè)計(jì)變壓器，具體步驟如下：

第一步

在Vgmin條件下設(shè)定n和Lp，滿足Pomax傳輸及Vdsmax、Vrrmax電壓應(yīng)力要求：

備注：對(duì)于PN8161，Idlimit=1.1A；Td為寄生參數(shù)振蕩周期的一半，通常在0.5-1us之間；12V輸出時(shí)，n推薦值為11。

第二步

在額定功率&最低輸入電壓下計(jì)算Ipk、fs、原副邊電流有效值：

第三步

設(shè)定初次級(jí)圈數(shù)和線徑，電流密度合理、不飽和、可繞制，否則從第一步重新迭代：

第四步

設(shè)定供電繞組Na及屏蔽繞組，調(diào)整繞制方式，使得Vcc電壓在芯片規(guī)格之內(nèi)且EMC滿足要求。

變壓器設(shè)計(jì)實(shí)例

備注：S2計(jì)算時(shí)，Ponom應(yīng)考慮反激變換器轉(zhuǎn)換效率eff，計(jì)算出的開關(guān)頻率fs更為精準(zhǔn)。

至此，《反激變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)》系列文章已全部分享完畢。變壓器設(shè)計(jì)與芯片控制策略緊密結(jié)合才能設(shè)計(jì)出更有競(jìng)爭(zhēng)力的電源方案，在開關(guān)電源的高頻化、高功率密度、高可靠性快速發(fā)展中立于不敗之地。

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