逐步讲解 CCM反激变压器的计算分析

简介：CCM是电感电流连续模式的简称，目前采用这种模式的反激变压器正在逐渐流行起来。无论哪种类型的变压器，计算方面的问题永远是最复杂的，网络上关于电路设计和硬件方面的资料很多，但是对计算部分进行详解的文章却比较少，小编特意将达人的经验总计为文章，帮助大家掌握CCM模式反激变压器的计算。

在这篇文章当中我们将主讲CCM模式反激变换器的各类计算公式，以及波形。

基本参数

最小直流电压Vdcmin：100V开关频率F：65KHZ

最大直流电压Vdcmax：375V反射电压VOR：120V

输出电压Vo：12V原边开关管压降Vdson：0.5V

输出功率Po：100W(8.33A)输出整流管压降Vd1：0.5V

变换效率η：0.9VCC整流管压降Vd2：0.5V

次级匝数Ns：7T磁芯：EER35/40

注：1、非实际产品，仅做举例。

因为HVDC电压的大小与Cin、温度密切相关，故不定义Vacmin;

3、原边电流的计算，其实是参考了《开关电源手册》，见p156--p180，110W反激变压器设计，原文中定义的原边电流，IP2=3*IP1，即KRP=0.66。本文中用X、Y、Z来描述原边电流，即固定X=10，Y为任意值，KRP也就为任意值。

4、损耗的计算参考了《开关电源仿真》p542，90W反激变压器设计。

5、各种公式再陆续补充、修正;

6、计算结果利用了PI的电子数据计算表格核算，代入相关关键参数即可。

 

图1

 

 

注：因为VDS的峰值电压与漏感有密切关系，故计算式中没有包括尖峰电压;

原边有效电流的计算公式取自于《开关电源仿真》。

需要注意的是，这里TON、TOFF标反了，由于影响不大所以暂时就不改了，下一步是原边的各种损耗计算。

注意第7步之后，有两种计算方法：

第一种方法是先计算出峰值电流、纹波电流，再通过纹波电流来计算出原边电感量，公式：LP=V*TON/Ip。

第二种计算方法是，先计算出原边电感量，然后通过纹波电流计算出峰值电流，公式：Ip=Ia/Dmax+△i/2

(第二种方法见《变压器电感器设计手册》p293----连续模式隔离BUCK-BOOST变换器设计)

 

第14--17步说明：

1、这一部分内容，选自《开关电源仿真》，深入研究请参考原文。

2、不同的资料计算方法稍有不同，需要再查资料分析分析。

(关于开关损耗和导通损耗，上面的计算方法应该是正确的，参考《精通开关电源》第5章。最有可能会出现的问题是，测量的准确性如何，因为这会导致计算值与实际值相差2--5倍。)

磁性元器件计算或者是次级参数计算。

RCD缓冲电路有两个作用，第一个是限制半导体两端电压的上升速率或者是减小EMC干扰，第二个是钳位，要明白安装RCD缓冲的目的是什么。

如果仅仅是钳位，问题就简单了，只需要把“多余”的能量储存在足够大的电容中，然后通过合适电阻的去消耗它，这里面没有太多的学问。普通的中小功率ACDC变换器，钳位电容选择2200PF--0.1UF都是可以的。

漏感中储存的能量越大，开关频率越低，钳位电容的容量肯定会越大。

另外，钳位电容对材质、体积有一些要求，因为会发热。电阻的计算也很简单，绕组或者半导体两端会有一个平台电压，直接计算就可以了。电阻的阻值决定了功耗，电阻上到底要消耗多少功率，取决于漏感中存储的能量以及钳位电压的幅值。

例：100W的反激变换器，1%漏感，理论上你至少要消耗掉1W的功率，采用3W的电阻;

100W的反激变换器，2%漏感，理论上至少要消耗掉2W的功率，采用6W的电阻;

尽管有一部分能量会通过MOS、二极管的开关损耗消耗掉，但R上的损耗大概就是这个比例，不会相差太大。需要注意，钳位电压和二极管的开关速度、MOS管的驱动能力等等都有很大的关系。

如果RCD消耗的功率特别大，应该是别地地方出了问题。控制环路的问题很难说明白，建议参考《开关电源手册》第三部分，第八章，特别是P435页提到的方法三(最后两行文章)。这里多说一句，在分析了众多大师的作品之后，发现他们似乎非常喜欢这么干。

另外一点，就是关于电容的计算方法，一般来说有三种：[!--empirenews.page--]

第一种方法，根据期望获得的输出纹波电压来计算。详见《开关电源设计》第二版，王志强译，P76;采用这种方法，可以获得最小的电容量，通常情况下，如果采用普通的电解电容，其纹波电流一般满足不了(这种方法似乎比较适合于超高纹波电流电容、固态电容、瓷片电容)。

第二种方法，根据实际计算的输出纹波电流(有效电流)，来选择输出电容，不考虑频率、温度系数。这种方法最可靠、也会最简单，但其结果会导致最高物料成本，此方法也是电容供应商比较推崇的方法。

第三种方法，根据产品所需的寿命，综合考虑开关频率、环境温度、电容温升等各种综合因素来计算输出电容。该计算方法很多教材和各种电容应用手册中均有提及。计算过程一般较为复杂，但可以获得最低的物料成本。另外采用这种方法，对测量技术也是一个很大的考验。