今天給大家介紹的是怎么設(shè)計(jì)反激式轉(zhuǎn)換器，實(shí)際設(shè)計(jì)案例，手把手教你。

反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但是也為某些應(yīng)用提供了很大的優(yōu)勢(shì)，雖然有新的、更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但反激式轉(zhuǎn)換器仍然是一種流行的設(shè)計(jì)選擇。

反激式轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行基于耦合電感，有助于功率轉(zhuǎn)換，同時(shí)隔離轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出，耦合電感還支持多個(gè)輸出。

一、反激式轉(zhuǎn)換器工作

反激式轉(zhuǎn)換器由大多數(shù)與其他開關(guān)轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的基本元件組成，但反激式轉(zhuǎn)換器的不同在于其耦合電感器，會(huì)將轉(zhuǎn)換器的輸入與其輸出隔離開來(lái)。

反激式轉(zhuǎn)換器原理圖

關(guān)于反激式轉(zhuǎn)換器原理更詳細(xì)的內(nèi)容，歡迎閱讀以下文章：

還搞不懂反激式轉(zhuǎn)換器？一定看這一文，工作原理+電路案例設(shè)計(jì)

反激式轉(zhuǎn)換器有2個(gè)信號(hào)半周期：tON和 tOFF，以 MOSFET 的開關(guān)狀態(tài)命名（并受其控制）。

在 tON期間，MOSFET 處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流從輸入端流過(guò)初級(jí)電感，對(duì)耦合電感進(jìn)行線性充電。

在 tOFF期間，MOSFET 處于關(guān)斷狀態(tài)，耦合電感開始通過(guò)二極管退磁。來(lái)自電感的電流為輸出電容充電并為負(fù)載供電。

二、反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和元件選擇

設(shè)計(jì)反激式轉(zhuǎn)換器涉及到許多重要的設(shè)計(jì)決策和權(quán)衡，下面將介紹簡(jiǎn)單反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的步驟，下圖是設(shè)計(jì)流程。

反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)流程圖

三、反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)過(guò)程和計(jì)算

1、設(shè)計(jì)輸入

設(shè)計(jì)輸入要么由最終應(yīng)用定義，要么由設(shè)計(jì)人員選擇，這些參數(shù)包括但不限于輸入和輸出電壓、功率、波紋系數(shù)和工作模式。下表了顯示了本文討論的電路的設(shè)計(jì)輸入摘要。

設(shè)計(jì)輸入總結(jié)

為該應(yīng)用選擇斷續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）是因?yàn)榫哂懈叩姆€(wěn)定性和更高的效益，意味著解決方案的紋波因子為1。

最大占空比固定為50%，以最大限地減少應(yīng)力并平等地利用MOS和二極管，開關(guān)頻率為160KHZ.

為了使計(jì)算更符合實(shí)際，定義了轉(zhuǎn)換器的估計(jì)效率。估計(jì)效率相對(duì)較低（約80%），因?yàn)檫@是低功率反激式轉(zhuǎn)換器的常見值。

鑒于所有這些輸入，在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須選擇滿足所有初始要求的控制器IC。這里使用的是MPS的MP6004 。MOP6004是一款僅在DCM下運(yùn)行的反激式控制器，還具有初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)功能，可減少外部元件數(shù)量。

2、計(jì)算選擇最大初級(jí)電感

第一個(gè)設(shè)計(jì)主要是找到最大初級(jí)電感值，有許多不同的設(shè)計(jì)方法可以用，但用于此示例的轉(zhuǎn)換器始終在DCM中運(yùn)行。使用下面公式計(jì)算初級(jí)電感值（Lp）:

計(jì)算初級(jí)電感值（Lp）

最壞的情況發(fā)生在轉(zhuǎn)換器以最小輸入電壓和最大占空比全功率工作。通過(guò)上面的公式計(jì)算輸入，最大電感的限值確定為53uH。

接下來(lái)，計(jì)算所需的匝數(shù)比（nS1）,在最大UIN 和最大 D 的情況下應(yīng)用相同的最壞情況，添加二極管的正向壓降以使計(jì)算更加精準(zhǔn)，用下面這個(gè)公式估值nS1：

匝數(shù)比公式

3、MOS管計(jì)算

下一步是為應(yīng)用選擇合適的MOS管，為此，計(jì)算開關(guān)必須承受的最大電流和電壓。使用下面這個(gè)公式計(jì)算最大電壓：

開關(guān)必須承受的最大電壓

這里要注意，已將20%的安全余量添加到V DS_MAX以確保轉(zhuǎn)換器的安全運(yùn)行。使用下面的公式估算最大電流：

開關(guān)必須承受的最大電流

查看MP6004控制器規(guī)格，MOS管的V DS_MAX為 180V，最大電流為 3A。意味著可以在應(yīng)用中安全地使用控制器 IC。

4、整流二極管計(jì)算

在此步驟中，將評(píng)估整流二極管。與MOS管一樣，主要是確保整流二極管能夠處理可能遇到的最大電壓和電流。使用下面的公式可以計(jì)算二極管可承受的最大電壓：

二極管可承受的最大電壓

VD1_PK=VOUT+VIN_MAX/n=12+78/2.5=43.2V+40% safety margin=60.5V

通過(guò)增加40%的安全裕度，最大反向電壓被確定為60.5V。

5、輸出電容計(jì)算

估計(jì)用于確定輸出電容的值，意味著可以忽略電路的二階方面，例如寄生元件和輸出串?dāng)_，使用下面的公式估算電容中的電壓：

二極管可承受的最大電壓

這里要注意，如果此等式針對(duì) tON進(jìn)行計(jì)算，則可以簡(jiǎn)化使用下面的公式計(jì)算輸出電壓紋波：

輸出電壓紋波

接下來(lái)選擇一個(gè)電容值提供最佳紋波電壓。在這種情況下，使用了一個(gè)250UF的電容，會(huì)產(chǎn)生12.5mV的輸出電壓紋波。

6、反激式變壓器設(shè)計(jì)和計(jì)算

這個(gè)步驟設(shè)計(jì)變壓器，選擇變壓器涉及許多設(shè)計(jì)，例如磁芯材料和磁芯形狀，在選擇芯材和形狀時(shí)，每種選擇都有其特定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于這個(gè)例子，選擇了常用的雙E形鐵氧磁芯（如下圖）

反激式變壓器設(shè)計(jì)和計(jì)算

用計(jì)算變壓器的面積的方法稱為AP法。將變壓器的總面積定義為繞組窗口面積與鐵芯橫截面積的乘積，變壓器的所有磁通量都集中在從處。（如下圖4）

計(jì)算變壓器的面積

變壓器面積可以用下面公式估算：

變壓器面積

現(xiàn)在已經(jīng)定義了方法和設(shè)計(jì)參數(shù)，可以使用一組快速計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)變壓器。首先，使用下面公式計(jì)算最小變壓器面積：

最小變壓器面積

B MAX通常是定義的輸入?yún)?shù)：對(duì)于鐵氧體磁芯一般在0.2T到0.3T之間。使用 A P方法，選擇了 EE13 磁芯和最小長(zhǎng)度為 0.28mm 的骨架。

接著計(jì)算可裝入變壓器的最大初級(jí)和次級(jí)匝數(shù)，以保持上面等式中計(jì)算的匝數(shù)比，使用下面公式計(jì)算初級(jí)匝數(shù)。

$$ N_P = frac {L_M times I_{PK_MAX} times 10^6}{B_{MAX} times A_E} = frac {53μH times 1.88A times 10^6}{0.2 times 20.1mm^2} 約為25 $$

使用下面公式計(jì)算初級(jí)匝數(shù)：

$$N_S = {N_P over 2.5} = 10$$

輔助繞組匝數(shù)的計(jì)算方法與次級(jí)輸出匝數(shù)相同，因此N AUX = 5。

7、緩沖器設(shè)計(jì)和計(jì)算

設(shè)計(jì)的最后一步找到緩沖器值，該電路有助于減輕由于變壓器漏電感和開關(guān)節(jié)點(diǎn)電路中的雜散電容之間的振鈴而出現(xiàn)的電壓尖峰。如果沒(méi)有緩沖器，電壓尖峰會(huì)增加噪聲，甚至?xí)?dǎo)致MOS擊穿。

下圖顯示了帶有緩沖電路的反激式轉(zhuǎn)換。

帶有輸入緩沖電路的反激式轉(zhuǎn)換器電路

對(duì)于緩沖器，設(shè)計(jì)過(guò)程包括3個(gè)階段。首先，漏感估計(jì)約為初級(jí)電感的2%。然后最大緩沖電容電壓波紋設(shè)置為10%，然后可以估算緩沖器組件的值。

使用下面的公式計(jì)算最大電容電壓：

$$V_{C(MAX)} = V_{DS(MAX)} times 0.1 + frac {D_{MAX}}{1 - D_{MAX}} times V_{IN(MIN)} = 132V times 0.1 + {0.5 over 1-0.5} times 32V = 45.2V $$

使用下面公式估算緩沖電阻中的功率：

$$P_{R_{SNUBBER}} = frac {I_{P(PEAK)}^2 times L_{LEAK} times f_{SW}} {2} = frac {(1.88A)^2 times 1.06μH times 160kHz}{2} = 0.3W$$

使用功率作為限制參數(shù)，使用下面公式計(jì)算緩沖電阻值：

$$R_{SNUBBER} = frac {(V_{C(MAX)})^2} {P_{R_{SNUBBER}}} = frac {(45.2V)^2}{0.75W} = 2.72kΩ$ $

使用下面公式估算緩沖電容的值：

$$C_{SNUBBER} = frac {1}{Delta V_C times R_{SNUBBER} times f_{SW}} = frac {1}{10% times 2.72kΩ times 160kHz} = 23nF$ $

最后，使用下面公式計(jì)算緩沖二極管兩端的最大電壓：

二極管兩端的最大電壓

8、最終設(shè)計(jì)

在計(jì)算出所有轉(zhuǎn)換器組件的值后，MP6004穩(wěn)壓器可以與其他外部組件配對(duì)以建立功能齊全的反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器。

這里要注意，該電路包括前面提到的組件，例如初級(jí)電感（Lp、輔助電感（Lp2）、輸出電容（由 C 2A、 C 2B、和 C 2C用于改善頻率響應(yīng)）、整流二極管（D1）和緩沖電路。

下面顯示了電路的最終設(shè)計(jì)以及新組件，例如MP6004 的初級(jí)側(cè)控制器。該控制器包括 MOSFET 開關(guān)及其所有相關(guān)電路，以及一些用于噪聲過(guò)濾的附加組件。

最終設(shè)計(jì)電路原理圖