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齐发国际正激式隔离变压器之匝数比设计解析

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-15 11:12    点击量:

    前言作为功率隔离变压器的一个设计实例,下面我们将设计齐发国际正激式变换器中的隔离变压器.显然,这种隔离变压器也不是用于我们的buck变换器中.现在,我们考虑设计要求:输入齐发国际电压为直流48V电源(简便起见,不需要考虑进线齐发国际电压的波动范围),输出齐发国际电压为5V,功率100W,开关频率为250kHz,基本电路图如图所示.

齐发国际正激式隔离变压器之匝数比设计解析
    齐发国际正激式隔离变压器之匝比设计解析容易得到,输出电流为100W/5V=20A.这个电流值是比较大的,为了减少绕组电阻,副边的线圈隔离变压器匝数应该尽量取小.这意味着取变比(原边隔离变压器匝数除以副边隔离变压器匝数)的时候,副边最少隔离变压器匝数取为1.我们来看看变比为整数时会出现什么问题.

    1  隔离变压器匝数比=1:1隔离变压器匝数比=1:1,即原边与副边的隔离变压器匝数相等.当开关导通时,48V输入齐发国际电压全部加在隔离变压器的原边.同样,副边也得到48V的齐发国际电压(忽略漏感),并加于续流二极管两端.实际上,具有低通态齐发国际电压的肖特基功率二极管其最大阻断齐发国际电压为45V左右.48V的电路中,至少要采用齐发国际电压为60V的器件,如果齐发国际电压有过冲或者输入齐发国际电压有波动,那么要求采用更高齐发国际电压的器件.二极管的反向阻断齐发国际电压越高,其通态齐发国际电压也越高,变换器的效率将会降低.

    在低输出齐发国际电压的变换器中,整流二极管的通态齐发国际电压是一个常见的问题.原因很明显:电感中的电流要么流过整流二极管,要么流过续流二极管,无论哪种情况,在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗.二极管的损耗使变换器效率进一步下降.这部分功率不在总功率VoutI之中.解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器,但是其驱动非常复杂(同样的道理,当输出Vout降到3.3V,甚至更低时,必须使用同步整流器).

    不管怎么样,对于一个高效率的变换器而言,如果不采用同步整流器,1:1的隔离变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言).

    2  隔离变压器匝数比=2:1这时原边隔离变压器匝数是副边的2倍,所以加在原边的齐发国际电压为48V,副边和二极管上的齐发国际电压为24V,可以使用肖特基功率二极管.齐发国际正激式变换器占空比近似为DC=Vout/Vsec=5V/24V=21%(忽略肖特基功率二极管的通态齐发国际电压Vf).隔离变压器原边的峰值电流,即流过开关器件的峰值电流.

    可以通过本章第一部分介绍的方法计算得到,原边齐发国际电压升高(副边齐发国际电压反射到原边)时,电流会降低.所以,如果副边正向二极管上电流为20A,那么流过晶体管的电流为Ipri=20A/2=10A.实际工作中,10A的电流对MOSFET器件来说太高了(250kHz频率时,我们不会采用双极型晶体管).MOSFET的通态损耗与电流的平方成正比,那么损耗就是100A2×RDS.on×21%.能够承受这么大损耗的MOSFET器件价格很贵.

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