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【芯朋寶典】反激變壓器優(yōu)化設計之四

發(fā)布時間 2020-12-03 |

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攻城獅們在反激變壓器設計時，需綜合考慮電源電氣指標、EMC&安規(guī)、可靠性等因素，控制技術的快速發(fā)展使得傳統(tǒng)變壓器設計方法已窮于應對，Chipown技術團隊在前面三期為大家分享了變壓器基礎知識、PWM和PFM控制模式下的變壓器設計，受到fans們一致好評。

本期，Chipown技術團隊為大家?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)化變壓器設計。

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電壓產生Clock信號和Ipref，DMG電壓產生Valley信號。當Clock信號和Valley信號同時為高后產生Set Signal，Q1導通，ip電流線性增長；當Vcs等于Ipref時Gate置低，Q1關閉。

QR控制的fS如何產生？

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

四步法設計QR變壓器

以經典QR芯片PN8161為例，為了滿足CoC V5 Tier 2能效標準，控制芯片采用QR+PFM+PWM+BM混合工作模式。

對于此類芯片，應在最低輸入電壓Vgmin及額定功率下設計變壓器，具體步驟如下：

第一步

在Vgmin條件下設定n和Lp，滿足Pomax傳輸及Vdsmax、Vrrmax電壓應力要求：

備注：對于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，n推薦值為11。

第二步

在額定功率&最低輸入電壓下計算Ipk、fs、原副邊電流有效值：

第三步

設定初次級圈數(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

設定供電繞組Na及屏蔽繞組，調整繞制方式，使得Vcc電壓在芯片規(guī)格之內且EMC滿足要求。

變壓器設計實例

備注：S2計算時，Ponom應考慮反激變換器轉換效率eff，計算出的開關頻率fs更為精準。

至此，《反激變壓器優(yōu)化設計》系列文章已全部分享完畢。變壓器設計與芯片控制策略緊密結合才能設計出更有競爭力的電源方案，在開關電源的高頻化、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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