Flyback 电路中RCD钳位电路设计

Flyback 电路中RCD钳位电路设计
Flyback 电路中RCD钳位电路设计

Application Note AN-4147

Design Guidelines for RCD Snubber of Flyback Converters

https://www.360docs.net/doc/cb7880040.html,

Abstract

This article presents some design guidelines for the RCD snubber of flyback converters. When the MOSFET turns off, a high-voltage spike occurs on the drain pin because of a res-onance between the leakage inductor (L lk) of the main trans-former and the output capacitor (C OSS) of the MOSFET. The excessive voltage on the drain pin may lead to an avalanche breakdown and eventually damage the MOSFET. Therefore, it is necessary to add an additional circuit to clamp the volt-age.

Introduction

One of the most simple topologies is a flyback converter. It is derived from a buck-boost converter by replacing filter inductors with coupled inductors, such as gapped core trans-formers. When the main switch turns on, the energy is stored in the transformer as a flux form and is transferred to output during the main switch off-time. Since the transformer needs to store energy during the main switch on-time, the core should be gapped. Since flyback converters need very few components, it is a very popular topology for low- and medium-power applications such as battery chargers, adapt-ers, and DVD players.

Figure 1 shows a flyback converter operating in continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) with several parasitic components, such as pri-mary and secondary leakage inductors, an output capacitor of MOSFET, and a junction capacitor of a secondary diode.

Figure 1. Flyback Converter; (a) Configuration with Parasitic Components, (b) CCM Operation, (c) DCM Operation

When the MOSFET turns off, the primary current (i d) charges C OSS of the MOSFET in a short time. When the voltage across C OSS (V ds) exceeds the input voltage plus reflected output voltage (V in+nV o), the secondary diode turns on, so that the voltage across the magnetizing inductor (L m) is clamped to nV o. There is, therefore, a resonance between L lk1 and C OSS with high-frequency and high-volt-age surge. This excessive voltage on the MOSFET may cause failure. In the case of the CCM operation, the second-ary diode remains turned on until the MOSFET is gated on. When the MOSFET turns on, a reverse recovery current of the secondary diode is added to the primary current, and there is a large current surge on the primary current at the turn-on instance. Meanwhile, since the secondary current runs dry before the end of one switching period in the case of the DCM operation, there is a resonance between L m and C OSS of the MOSFET.

Snubber design

The excessive voltage due to resonance between L lk1 and C OSS should be suppressed to an acceptable level by an addi-tional circuit to protect the main switch. The RCD snubber circuit and key waveforms are shown in Figures 2 and 3. The

RCD snubber circuit absorbs the current in the leakage inductor by turning on the snubber diode (D sn) when V ds exceeds V in+nV o. It is assumed that the snubber capacitance is large enough that its voltage does not change during one switching period.

When the MOSFET turns off and V ds is charged to V in+nV o, the primary current flows to C sn through the snubber diode (D sn). The secondary diode turns on at the same time. There-fore, the voltage across L lk1 is V sn-nV o. The slope of i sn is as follows:

Figure 2. Flyback Converter with RCD Snubber Figure 3. Key Waveforms of t he Flyback Converter with RCD Snubber in DCM Operation

where i sn is the current that flows into the snubber circuit, V sn is the voltage across the snubber capacitor C sn, n is the turns ratio of the main transformer, and L lk1 is the leakage inductance of the main transformer. The time t s is obtained by:

where i peak is the peak current of the primary current.

The snubber capacitor voltage (V sn) should be determined at the minimum input voltage and full-load condition. Once V sn is determined, the power dissipated in the snubber circuit at the minimum input voltage and full-load condition is obtained by:

where f s is the switching frequency of the flyback converter. V sn should be 2~2.5 times of nV o. Very small V sn results in a severe loss in the snubber circuit, as shown in the above equation.

(1)

(2)

(3)

On the other hand, since the power consumed in the snubber resistor (R sn) is V sn2/R sn, the resistance is obtained by: The snubber resistor with the proper rated power should be chosen based on the power loss. The maximum ripple of the snubber capacitor voltage is obtained as follows:

In general, 5~10% ripple is reasonable. Therefore, the snub-ber capacitance is calculated using the above equation. When the converter is designed to operate in CCM, the peak drain current, together with the snubber capacitor voltage, decreases as the input voltage increases. The snubber capaci-tor voltage under maximum input voltage and full-load con-dition is obtained as follows:

where f s is the switching frequency of the flyback converter, L lk1 is the primary-side leakage inductance, n is the turns ratio of the transformer, R sn is the snubber resistance, and I peak2 is the primary peak current at the maximum input volt-age and full-load condition. When the converter operates in CCM at the maximum input voltage and full-load condition, the I peak2 is obtained as follows:

When the converter operates in DCM at the maximum input voltage and full-load condition, the I peak2 is obtained by: where P in is the input power, L m is the magnetizing induc-tance of the transformer, and V DC max is the rectified maxi-mum input voltage in DC value.

Verify that the maximum value of V ds is below 90% and 80% of the rated voltage of the MOSFET (BV dss), at the transient period and steady-state period, respectively. The voltage rating of the snubber diode should be higher than BV dss. Usually an ultra-fast diode with 1A current rating is used for the snubber circuit. Example

An adapter using FSDM311 has following specifications: 85V ac to 265V ac input voltage range, 10W output power, 5V output voltage, and 67kHz switching frequency. When the RCD snubber uses a 1nF snubber capacitor and 480kΩ snub-ber resistor, Figure 4 shows several waveforms with 265V ac at the instance of the AC switch turn-on.

Figure 4. Start-up Waveforms with 1nF Snubber Capacitor and 480kΩ Snubber Resistor

In Figures 4-7, Channel 1 through 4 stand for the drain volt-age (V ds, 200V/div), the supply voltage (V CC, 5V/div), the feedback voltage (V fb, 1V/div), and the drain current (I d, 0.2A/div), respectively. The maximum voltage stress on the internal SenseFET is around 675V, as shown in Figure 4.

The voltage rating of FSDM311 is 650V, according to the

datasheet. There are two reasons for the excess of the voltage

ratings: the wrong transformer design and/or the wrong

snubber design. Figure 5 shows the reason.

Figure 5. Steady-State Waveforms with 1nF Snubber

Ca pacitor and 480kΩ Snubber Resistor

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

For the reliability, the maximum voltage stress at the steady state should be equal to 80% of the rated voltage (650V * 0.8 = 520V). Figure 5 shows the voltage stress on the internal SenseFET is above 570V with V in = 265V ac at steady state. However, the fact that V in+nV o is around 450V (= 375V + 15 * 5V) implies the turns ratio of the transformer is 15, which is a reasonable value. Therefore, the snubber circuit should be redesigned.

Let V sn be twice that of nV o, 150V, and L lk1 and i peak is 150μH and 400mA by measuring, respectively. Obtain the snubber resistance as follows:

The power emission from R sn is calculated as follows:

Let the maximum ripple of the snubber capacitor voltage be 10% and the snubber capacitance is obtained as follows: The results with 14kΩ (3W) and 10nF are shown in Figures 6 and 7.

Figure 6. Start-up Waveforms with 10nF Snubber Capacitor and 14kΩ Snubber Resistor

Figure 7. Steady-State Waveforms with 10nF Snubber Capacitor and 14kΩ Snubber Resistor

The voltage stresses on the internal SenseFET are 593V and 524V at the startup and steady state, respectively. These are around 91.2% and 80.6% of the rated voltage of FSDM311, respectively.

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(10)

(11)

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(b) support or sustain life, or

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cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.

by Gwan-Bon Koo/ Ph. D

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CCM反激变压器设计

连续电流模式反激变压器的设计 Design of Flyback Transformer with Continuing Current Model 作者:深圳市核达中远通电源技术有限公司- 万必明 摘要:本文首先介绍了反激变换器(Flyback Converter)的工作原理,然后重点介绍一种连续电流模式反激变压器的设计方法以及多路输出各次级电流有效值的计算. 关键词:连续电流模式(不完全能量传递方式)、不连续电流模式(完全能量传递方式)、有效值、峰值. Keywords: Continuing Current Model、Discontinuing Current Model、virtual value 、peak value. 一.序言 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.

二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 1).反激式变换器的电路结构如图一. 2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b). 图一 图二(a)

开关电源设计不可不看--Flyback电路原理

Flyback转换器电路是由Buck-Boost电路,利用磁性元件耦合的功能衍生而来,所以要探讨Flyback电路,必须先从Buck-Boost电路开始。 一、Flyback电路简介 (一)Flyback电路架构 Flyback变换器,俗称单端反激式DC-DC变换器,又称为返驰式(Flyback)转换器,或"Buck-Boost"转换器,因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量,因此得名. Flyback变换器是在主开关管导通期间,电路只储存而不传递能量;在主开关管关断期间,才向负载传递能量的一种电路架构。 (1)Flyback变换器理论模型如图。 (2)实际电路结构 根据Flyback变压器的同名端绕制方式,有下面两种形式,这两个电路实质上是一样的。当然,Flyback电路还有其他衍生形式(见附录I)。

(二)Flyback变换器优点 (1)电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出的要求。 (2)转换效率高,损失小。 (3)匝数比值较小。 (4)输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V 间,无需切换而达到稳定输出的要求。 (三)Flyback变换器缺点 (1)输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。 (2)转换变压器在电流连续(C.C.M.)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大。 (3)变压器有直流电流成份,且同时会工作于C.C.M./D.C.M.两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂。

Flyback电路设计

目录 一、摘要 (2) 二、课程设计任务书 (2) 三、Flyback电路的分析与建模 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1 Flyback电路原理分析............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.2 Flyback电路的建模及仿真 (10) 四、UC3844芯片的建模及仿真............................................................................................ 错误!未定义书签。 五、计算纹波系数 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 六、总结 .................................................................................................................................. 错误!未定义书签。

一、摘要 本课程设计的目的是对直流—直流变流电路中常用的带隔离的直流—直流电流电路Flybackd电路(反激电路)进行电路分析,建模并利用simetric软件进行仿真。首先是理解分析电路原理和各元件的参数,以元件初值为起点,用simetric软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真,得出仿真波形。在仿真过程中逐步修正参数值,使得仿真波形合乎要求,最后再通过理论计算加以验证结果的合理性。此外还对基于UC3844芯片控制的反激电路进行系统建模,用Matlab软件仿真,进行静态和动态分析。 关键字:Flyback MATLAB 仿真 二、课程设计任务书 1.题目 Flyback电路建模、仿真 2.任务 1.分析反激电路的工作原理,用simetric软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真,得出仿真波形 2.对基于UC3844芯片控制的反激电路进行系统建模 3.要求 内容包括原理分析、模型仿真、仿真结果分析、生成曲线、数据分析

高频FLYBACK 变压器之最佳设计

高频FLYBACK 变压器(偶合电感器)最佳之设计 一.前言: 由于市场日益竞争,如何将产品的价格降低,体积缩小,质量提高变成现今大家所共同努力的目标.而在Switch Power Supply 的领域里,变压器是非常重要的一部份,而Flyback 变压器更在其中占了举足轻重的地位.如何将变压器最佳化,就显得额外的重要. 我们可以从很多SPS书籍中获得Flyback 变压器的设计方法,虽然不尽相同,却是大同小异.就一个设计者的角度来说,设计一个Flyback变压器并不难,只要将设计的参数订定,依照书上所写的设计步骤,一个变压器就诞生了,在这变压器诞生的同时,你难道不会怀疑,这变压器是否为最佳的变压器呢?因为在这设计的参数里还隐藏了不确定的因子.例如Flyback 变压器初级测电感值参数的订定,你如何能确定你刚开始设计所选定的感值对这颗变压器是最佳感值呢?本文将针对设计参数做进一步的探讨,以达到变压器的最佳化. 二.变压器设计: 在实际设计变压器时,有两个原则是必须注意到的: (1)温升:这是设计变压器最主要的项目和目的,安 规里有规定变压器的最高温升,变压器的温升需在安规的限制范围内.例如: class A 的绝对温度不能超过90°C ; class B 不能超过110°C 等等,这都是我们设计必须遵循的准则. (2)经济:想在这市场上与人竞争,经济考虑是不可 或缺的,尤其是变压器往往是机器COST中的主要部分之一,所以如何将变压器的价格,体积,质量掌握到最佳,就是我们所努力的方向. 1.设计步骤: 要将变压器最佳化,需将不同的参数重复代入计算,如果利用Excel 的方程式或利用程序语言将公式写下来,这样将变得很简单,只要改变参数就 可得到结果. (1).参数的订定: 在设计变压器之前,需先预定一些参数,很多书籍上这些参数都不同,不同的设计参数,设计流程亦不同,现在针对Flyback变压器最常用的设计参数: 输入电压:Vin,输入的频率:fs,最大Duty cycle : Dmax,初级与次级圈数比: N,初级电感值: Lp,输出电压:V o,输出最大:Wo.线圈的电流密度:J, 最大磁通密度: Bmax, 最大绕线因子:Kw (2)由这些设计参数算出: ◆Duty on (初级测导通的比例) ◆Duty off (次级测导通的比例) ◆初级交流电流值(ΔI pp) ◆初级电流Peak 值(I p(peak)) ◆初级电流RMS值(Irms) ◆初级线圈的线径(Φp) ◆次级电流Peak 值(I p(peak)) ◆次级电流RMS值(Irms) ◆初级线圈的线径(Φs) ◆有效磁路面积与铁心可绕面积的乘积(Ac*Aw) 在由Aw*Ac 选择适当的铁心. 设计参数里有些是定死的,例如:Vin,fs(IC操作频率) , Dmax(IC max duty cycle),V o ,Wo. 有些是依经验所定的,例如:电流密度:J(classA 自然散热< 500 A/cm, class B < 700 A/cm); 最大磁通密度Bmax (100°C 饱和磁通密度的80% ); 最大绕线因子Kw(若将漆包线的绝缘厚度算入与减掉安规间距, EE 与EI core< 0.4). 有些是可变的,也是最不确定设计参数,例如: 初级与次级圈数比N,初级电感值Lp; N 的决定条件为:即使再最低压时,亦能提供稳定的输出电压和能量.因N直接影响到Duty cycle 的大小,N愈大,Duty on 愈大, Ip(rms)愈小,铜损愈小,

开关变压器设计

开关电源变压器设计 (草稿) 开关变压器是将DC 电压﹐通过自激励震荡或者IC 它激励间歇震荡形成高频方波﹐通过变 压器耦合到次级,整流后达到各种所需DC 电压﹒ 变压器在电路中电磁感应的耦合作用﹐达到初﹒次级绝缘隔离﹐输出实现各种高频电压﹒ 目的﹕减小变压器体积﹐降低成本﹐使设备小形化﹐节约能源﹐提高稳压精度﹒ N 工频变压器与高频变压器的比较﹕ 工频 高频 E =4.4f N Ae Bm f=50HZ E =4.0f N Ae Bm f=50KHZ N Ae Bm 效率﹕ η=60-80 % (P2/P2+Pm+ P C ) η>90% ((P2/P2+Pm ) 功率因素﹕ Cosψ=0.6-0.7 (系统100W 供电142W) Cosψ>0.90 (系统100W 供电111W) 稳压精度﹕ ΔU%=1% (U20-U2/U20*100) ΔU<0.2% 适配.控制性能﹕ 差 好 体积.重量 大 小

开关变压器主要工作方式 一.隔离方式: 有隔离; 非隔离 (TV&TVM11) 二.激励方式: 自激励; 它激励 (F + & IC) 三.回馈方式: 自回馈; 它回馈 (F- & IC) 四.控制方式: PWM: PFM (T & T ON ) 五.常用电路形式: FLYBACK & FORWARD 一.隔离方式: 二.

开关变压器主要设计参数 静态测试参数: R DC. L. L K. L DC. TR. IR. HI-POT. IV O-P.Cp. Z. Q.……… 动态测试参数: Vi. Io. V o. Ta. U. F D max…………. 材料选择参数 CORE: P. Pc. u i. A L. Ae. Bs……. WIRE: Φ℃. ΦI max. HI-POT…….. BOBBIN: UL94 V--O.( PBT. PHENOLIC. NYLON)………. TAPE: ℃. δh. HI-POT…….. 制程设置要求 P N…(SOL.SPC).PN//PN.PN-PN. S N(SOL.SPC).Φn. M tape:δ&w TAPE:δ&w. V℃……..

高频FLYBACK 变压器巧合电感器最佳之设计

Orlando 文檔 高頻FLYBACK 變壓器(偶合電感器)最佳之設計 莊榮源 飛瑞股份有限公司 △.前言: 由於市場日益競爭,如何將產品的價格降低,體積縮小,品質提高變成現今大家所共同努力的目標.而在Switch Power Supply 的領域裡,變壓器是非常重要的一部份,而Flyback 變壓器更在其中佔了舉足輕重的地位.如何將變壓器最佳化,就顯得額外的重要. 我們可以從很多SPS 書籍中獲得Flyback 變壓器的設計方法,雖然不盡相同,卻是大同小異.就一個設計者的角度來說,設計一個Flyback 變壓器並不難,只要將設計的參數訂定,依照書上所寫的設計步驟,一個變壓器就誕生了,在這變壓器誕生的同時,你難道不會懷疑,這變壓器是否為最佳的變壓器呢?因為在這設計的參數裡還隱藏了不確定的因數.例如Flyback 變壓器初級測電感值參數的訂定,你如何能確定你剛開始設計所選定的感值對這顆變壓器是最佳感值呢?本文將針對設計參數做進一步的探討,以達到變壓器的最佳化. △.變壓器設計: 在實際設計變壓器時,有兩個原則是必須注意到的: (1)溫升:這是設計變壓器最主要的項目和目的,安規裡有規定變壓器的最高溫升,變壓器的溫升需在安規的限制範圍內.例如: class A 的絕對溫度不能超過90°C ; class B 不能超過110°C 等等,這都是我們設計必須遵循的準則. (2)經濟:想在這市場上與人競爭,經濟考量是不可或缺的,尤其是變壓器往往是機器COST 中的主要部分之一,所以如何將變壓器的價格,體積,品質掌握到最佳,就是我們所努力的方向. 1.設計步驟: 要將變壓器最佳化,需將不同的參數重複代入計算,如果利用Excel 的方程式或利用程式語言將公式 寫下來,這樣將變得很簡單,只要改變參數就可得到結果.(1).參數的訂定: 在設計變壓器之前,需先預定一些參數,很多書籍上這些參數都不同,不同的設計參數,設計流程亦不同,現在針對Flyback 變壓器最常用的設計參數: 輸入電壓:Vin,輸入的頻率:fs,最大Duty cycle : Dmax,初級與次級圈數比: N,初級電感值: Lp,輸出電壓:Vo,輸出最大:Wo.線圈的電流密度:J, 最大磁通密度: Bmax, 最大繞線因數 :Kw (2)由這些設計參數算出: △Duty on (初級測導通的比例)△Duty off (次級測導通的比例)△初級交流電流值 (ΔIpp) △初級電流 Peak 值(Ip(peak))△初級電流RMS 值 (Irms) 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题,而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中,要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等,要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式,为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题,合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则:在分线盒处,当不同电压回路交叉时,应采用金属隔板进行隔开处理;同一线槽内强电回路须同时切断习题电源,线缆敷设完毕,要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系,根据生产工艺高中资料试卷要求,对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验;对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作;对于继电保护进行整核对定值,审核与校对图纸,编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案,编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案;对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题,作为调试人员,需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料,并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术,电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时,需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全,并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围,或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理,尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作,并且拒绝动作,来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此,电力高中资料试卷保护装置调试技术,要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时,需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

TI 反激变压器设计

26.5W AC/DC Isolated Flyback Converter Design

TASK : 26.5W 9-Outputs AC/DC Isolated Flyback Converter Design SPECIFICATION: Technical Specification on Sept 10, 2008 DATE: 15 Sept. 2008

Customer Specification f L 100Hz :=Line frequency fs 100kHz :=Switching frequency Vo 1 5.0V :=Main output voltage Io 1_max 2A :=Main Nominal load current Vo 215.0V :=Io 2_max 30mA :=Vo 315.0V :=Io 3_max 30mA :=Vo 415.0V :=Io 4_max 0.3A :=Vo 524.0V :=Io 5_max 0.1A :=Vo 618.0V :=Io 6_max 0.12A :=Vo 718.0V :=Io 7_max 0.12A :=Vo 818.0V :=Io 8_max 0.12A :=Vo 918.0V :=Io 9_max 0.12A :=+5V Output ripple voltage Vr 100mV :=+5VStep load output ripple voltage ΔVo step 150mV :=ΔIo 5V Io 1_max 80?% :=+5V Step load current amplitude η0.70 :=

【初学版】flyback的分析和设计

【初学版】flyback的分析和设计 大家最早可能接触,也是可能接触最多的电路拓扑应该是flyback.至少我刚刚接触电源的时候,最先就是flyback.不会设计,连分析也不懂,唯一能做的是模仿(额,难听点就是抄袭了:( ).这样子的状态持续了一段时间后,才开始慢慢的有一些了解.为了让初学者能更快的上手,少走弯路,于是有了这一章. 为了分析flyback电路,我们从flyback的源头开始说吧.Flyback是从最基本的三种电路中的buck-boost演变而来的.所以对buck-boost的分析,一定有助于对flyback的分析,而且 buck-boost看起来似乎要比flyback简单,至少它没有变压器吧. 为了证明我没有骗你,下面将要开始来对buck-boost进行演变,最终会演变成flyback. 图一 图一是buck-boost的原型电路. 把电感L绕一个并联线圈出来,如图二: 图二 把L的2个并联线圈断开连接,并且改变圈数比,改为:1:n,如图三:

图三 把图三中的二极管沿着所在回路移动,变成阴极朝外的样子,并且,改变输出电压V和接地的位置如图四: 图四 把图四中的Q顺着回路移动到变压器下方,如图五: 图五

把图五的电路,重新整理一下成图六.^_^,这样子和你见到的flyback有点像了吧. 图六 以上说明,我们研究buck-boost的行为特性,对研究flyback的行为特性有很大的帮助. 1. 电路工作在连续状态(CCM),也就是说电感电流L是连续的,任何时候电感中总存在电流.(电 路的另一种工作状态DCM将在以后的章节中分析) 2. 在一的假设下,电路工作就可以分成2个状态,状态1,Q开通,二极管D关断,这个状态时间长度为t1, ,Ts为周期,这个状态记为d,状态2,Q关断,二极管D开通,这个状态记为 ,d' =1-d. 3. 电感L中的电流纹波和电容C上的电压纹波相对其直流分流来说都很小.一个好的设计,要 求输出的电压纹波总是很小,所以,C的纹波小,总是成立的. 4. 所有的损耗都不讨论先.即,电路所有原件是理想的. 5. 电路工作在一个稳定的状态下. 第一个工作状态:mosfet Q开通,二极管D关断.如图八所示:

反激变换器(Flyback)的设计和计算步骤

反激变换器(Flyback)的设计和计算步骤 齐纳管吸收漏感能量的反激变换器: 0. 设计前需要确定的参数 A开关管Q的耐压值:Vmq B 输入电压范围:Vinmin ~Vinmax C 输出电压V o D 电源额定输出功率:Po(或负载电流Io) E 电源效率:X F 电流/磁通密度纹波率:r(取0.5,见注释C) G 工作频率:f H 最大输出电压纹波:V opp 1. 齐纳管DZ的稳压值Vz Vz <= Vmq × 95% - Vinmax,开关管Q承受的电压是Vin + Vz,在Vinmax处还应为Vmq 保留5%裕量,因此有V inmax + Vz < Vmq × 95% 。 2. 一次侧等效输出电压Vor V or = Vz / 1.4(见注释A) 3. 匝比n(Np/Ns) n = V or / (V o + Vd),其中Vd是输出二极管D的正向压降,一般取0.5~1V 。 4. 最大占空比的理论值Dmax Dmax = V or / (V or + Vinmin),此值是转换器效率为100%时的理论值,用于粗略估计占空比是否合适,后面用更精确的算法计算。 一般控制器的占空比限制Dlim的典型值为70%。

----------------------------------------------------------------------------- 上面是先试着确定Vz,也可以先试着确定n,原则是n = Vin / Vo,Vin可以取希望的工作输入电压,然后计算出Vor,Vz,Dmax等,总之这是计算的“起步”过程,根据后面计算考虑实际情况对n进行调整,反复计算,可以得到比较合理的选择。 ----------------------------------------------------------------------------- 5. 负载电流Io Io = Po / V o,如果有多个二次绕组,可以用单一输出等效。 6. 一次侧有效负载电流Ior Ior = Io / n ,由Ior × Np = Io × Ns得来。 7. 占空比D D = Iin / (Iin + Ior),其中Iin = Pin / V in,而Pin = Po / X。这里V in取Vinmin。(见注释B) 8. 二次电流斜坡中心值Il Il = Io / (1 - D) 9. 一次电流斜坡中心值Ilr Ilr = Il / n 10. 峰值开关电流Ip k Ipk = (1 + 0.5 × r) × Ilr 11. 伏秒数Et Et = V inmin × D / f ,(Et = V on × Ton = V inmin × D/f) 12. 一次电感Lp Lp = Et / (Ilr × r) 13. 磁芯选择 (1)V e = 0.7 × (((2 + r)^2) / r) × (Pin / f),V e单位cm^3;f单位KHz,根据此式确定磁芯有效体积V e,寻找符合此要求的磁芯。(见注释D) (2)最适合反激变压器的磁芯是“E Cores”和“U Cores”,“ETD"、”ER"、“RM"这三种用于反激性能一般,而“Planar E”、“EFD"、”EP"、“P"、”Ring"型不适合反激变压器。 (3)材质选锰锌铁氧体,PC40比较常用且经济。 14. 一次匝数Np Np = (1 + 2/r) × (V on × D)/(2 × Bpk × Ae × f),其中V on = V inmin - Vq,Vq是开关管Q的导通压降;Bpk不能超过0.3T,一般反激变压器取0.3T;Ae是磁芯的有效截面积,从所选磁芯的参数中查的。(公式推导见注释E,说明见注释F) 15. 二次匝数Ns

高频FLYBACK 变压器(偶合电感器)最佳设计

高频FLYBACK 变压器(偶合电感器)最佳设计 庄荣源 一.前言: 由于市场日益竞争,如何将产品的价格降低,体积缩小,质量提高变成现今大家所共同努力的目标.而在Switch Power Supply 的领域里,变压器是非常重要的一部份,而Flyback 变压器更在其中占了举足轻重的地位.如何将变压器最佳化,就显得额外的重要. 我们可以从很多SPS书籍中获得Flyback 变压器的设计方法,虽然不尽相同,却是大同小异.就一个设计者的角度来说,设计一个Flyback变压器并不难,只要将设计的参数订定,依照书上所写的设计步骤,一个变压器就诞生了,在这变压器诞生的同时,你难道不会怀疑,这变压器是否为最佳的变压器呢?因为在这设计的参数里还隐藏了不确定的因子.例如Flyback 变压器初级测电感值参数的订定,你如何能确定你刚开始设计所选定的感值对这颗变压器是最佳感值呢?本文将针对设计参数做进一步的探讨,以达到变压器的最佳化. 二.变压器设计: 在实际设计变压器时,有两个原则是必须注意到的: (1)温升:这是设计变压器最主要的项目和 目的,安规里有规定变压器的最高温升,变压器的温升需在安规的限制范围内.例如: class A 的绝对温度不能超过90°C ; class B 不能超过110°C 等等,这都是我们设计必须遵循的准则. (2)经济:想在这市场上与人竞争,经济考虑 是不可或缺的,尤其是变压器往往是机器COST中的主要部分之一,所以如何将变压器的价格,体积,质量掌握到最佳,就是我们所努力的方向. 1.设计步骤: 要将变压器最佳化,需将不同的参数重复代入计算,如果利用Excel 的方程式或利用程序语言将公式写下来,这样将变得很简单,只要改变参数就可得到结果. (1).参数的订定: 在设计变压器之前,需先预定一些参数,很多书籍上这些参数都不同,不同的设计参数,设计流程亦不同,现在针对Flyback变压器最常用的设计参数: 输入电压:Vin,输入的频率:fs,最大Duty cycle : Dmax,初级与次级圈数比: N,初级电感值: Lp,输出电压:V o,输出最大:Wo.线圈的电流密度:J, 最大磁通密度: Bmax, 最大绕线因子:Kw (2)由这些设计参数算出: ◆Duty on (初级测导通的比例) ◆Duty off (次级测导通的比例) ◆初级交流电流值(ΔI pp) ◆初级电流Peak 值(I p(peak)) ◆初级电流RMS值(Irms) ◆初级线圈的线径(Φp) ◆次级电流Peak 值(I p(peak)) ◆次级电流RMS值(Irms) ◆初级线圈的线径(Φs)

flyback 实际设计案例

FLYBACK TX设计实例 设计目标:Array 4K 的SPS TX 设计原则:变压器在最恶劣了条件下也不饱和,变压器损耗(温升)在可接受范围内。 设定条件: 1.输入电压范围(电池电压)90~141Vdc 2.设计输出电压(+12V,+/-15V,HF.POWER),其中+12V为反馈电压,设计值为12.7V 3.最大输出功率为Pout=40W 4.效率约为Eff=0.8 5.变压器工作在不连续模式(功率较小,设计在不连续模式可以缩小体积) 6.IC选择UC3845,所以最大占空比Dmax=0.45 设计过程: 1.选用铁芯材质 选用铁氧体材质TDK PC40,该材质的饱和磁通约为3900Gauss@100℃,但线性较好的区域只到3000Gauss,而且需留一定的裕量,所以设计中最大磁通最好在2300Gauss以内(Bmax<2300Gauss)。2.决定铁芯尺寸 根据经验,EE25磁芯在fs=120KHz左右基本可以满足该功率要求。开关频率越高,传送相同的功率所需的体积越小,但损耗越大,同时,也要注意电路中其他元件(开关管、整流二极管、驱动元件等)是否可以承受该开关频率。 EE25参数:Ae=40mm2(0.4cm2) 3.计算输入功率及输入电流 Pin=Pout/Eff=40/0.8=50W Iin=Pin/Vi=50/90=0.56A 4.计算原边电感值 在最小输入电压(90V)时,工作在不连续模式的临界状态(这样既可以保证电路在任何时候都工作在不连续模式,又能最大地利用占空比),此时D=0.45(最大duty)。 △I=Iin*2/D=0.56*2/0.45=2.48A L=Vi*D/△I*fs=90*0.45/2.48*120*10e3=136uH 5.计算Rs(Rs:检流电阻) 在最小输入电压时,D=0.45 Rs=1V/2.48A=0.403 OHM(1V为3845电流比较PIN饱和电压) 6.决定Np 在最大输入电压141V时 D=L*fs/Vin*Rs=136*10e-6*120*10e3/141*0.403=0.287 由E=NBA/D => Np=D*Vi/(B*Ae*fs*10e-8) Np=0.287*141/(2300*0.4*10e-8*120*10e3)=36.65Ts 7.决定Ns(Ns:反馈绕组圈数) V out=12.7V+Vdiode=12.7+0.8=13.5V(实际计算的输出电压要将整流二极管的压降考虑在内)根据变压器原副边伏秒平衡规律 Vin*D=(Np/Ns)*Vout*(1-D) => Np/Ns=Vin*D/V out*(1-D)=90*0.45/13.5V*0.55=5.45

反激变换器变压器设计

华中科技大学文华学院 毕业设计(论文)反激变换器的变压器设计 学生姓名:蔡明皓学号:080301011106 学部(系):机械与电气工程学部 专业年级: 08级电气工程及其自动化 指导教师:张亚兰职称或学位:助教 2012 年 5 月20日

目录 摘要 (2) 关键词 (2) Abstract (3) Key Words (3) 前言 (4) 1变压器的简介 (5) 1.1变压器的基本原理 (5) 1.2变压器的分类 (6) 1.3变压器的组成 (7) 1.4高频变压器和普通变压器的设计的区别 (7) 2 反激变压器简介 (9) 2.1反激式变换器的简介 (9) 2.3反激式开关电源变压器的工作原理 (9) 2.4三种工作模式 (10) 2.4.1 连续电流模式(CCM) (10) 2.4.2断续电流模式(DCM) (11) 2.4.3 临界电流模式(CRM) (11) 2.4.4 结论 (12) 2.5研究意义 (12) 3 反激变换器的变压器的设计 (14) 3.1已知参数的设定 (14) 3.2主要参数的确定 (14) 结束语 (17) 参考文献 (18) 致谢 (19)

反激变换器的变压器设计 摘要 本文学习了变换器的工作原理,类型与组成。阐述了反激式变换器的变压器,在三种工作模式下,反激变换器的工作特点及三种工作模式的优缺点;反激变压器的工作原理,最后设计了反激式变换器的变压器的参数。得到了一种反激变压器的参数设计方法。 关键词反激式;变压器;参数设计

Design of Flyback converter Transformer Abstract This paper studies the working principle of the transformer,classification and component。Later on,to Flyback converter Transformer,when it works on three operating model,what working characteristics shows and advantages and disadvantages of three operating model;studied the working principle of Flyback converter Transformer。Finally done the design of parameter in Flyback converter Transformer,get one kind of method to design the parameter in Flyback converter Transformer。 Key Words: Flyback;Transformer;design of Parameter

反激变压器设计Flyback transformer design

单端反激开关电源变压器设计 单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感,它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。 1、已知的参数 这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定,包括:输入电压V in、输出电压V out、每路输出的功率P out、效率η、开关频率f s(或周期T)、线路主开关管的耐压V mos。 2、计算 在反激变换器中,副边反射电压即反激电压V f与输入电压之和不能高过主开关管的耐压,同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定: V f=V Mos-V inDCMax-150V 反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后,就可以确定原、副边的匝比了。 N p/N s=V f/V out 另外,反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态,根据在稳态下,变压器的磁平衡,可以有下式: V inDCMin?D Max=V f?(1-D Max) 设在最大占空比时,当开关管开通时,原边电流为I p1,当开关管关断时,原边电流上升到I p2。若I p1为0,则说明变换器工作于断续模式,否则工作于连续模式。由能量守恒,我们有下式: 1/2?(I p1+I p2)?D Max?V inDCMin=P out/η 一般连续模式设计,我们令I p2=3I p1 这样就可以求出变换器的原边电流,由此可以得到原边电感量: L p= D Max?V inDCMin/f s?ΔI p 对于连续模式,ΔI p=I p2-I p1=2I p1;对于断续模式,ΔI p=I p2 。 可由A w A e法求出所要铁芯: A w A e=(L p?I p22?104/ B w?K0?K j)1.14 在上式中,A w为磁芯窗口面积,单位为cm2 A e为磁芯截面积,单位为cm2 L p为原边电感量,单位为H I p2为原边峰值电流,单位为A B w为磁芯工作磁感应强度,单位为T K0为窗口有效使用系数,根据安规的要求和输出路数决定,一般为0.2~0.4 K j为电流密度系数,一般取395A/cm2 根据求得的A w A e值选择合适的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯,这样磁芯

反激变压器设计

变压: 变压,气压随时间变化的量称为气压变量的简称。气压变化的空间分布即谓变压场。 Change to press 前后两特定时间的气压变化,如后一时刻的气压值减前一时刻的气压数值的差值,大于零时叫"正变压",小于零时叫"负变压",有3,6和24小时变压等多种.常用天气分析预报时参考。 另外,在电工学的术语中,也存在电力变压。电站将发电机输出的低压电经过高压输电网络升高至数十千伏至数百千伏特的高压进行远距离输电。我们把这种电压的高低转换称其为变压。 变压器: 变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。 反激式变压器: 反激式(Flyback)变压器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器。因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名。 优缺点: 优点 反激式变压器的优点有: 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求. 2. 转换效率高,损失小.

3. 变压器匝数比值较小. 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求. 缺点 反激式变压器的缺点有: 1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下. 2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大. 3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂. 基本原理: 当开关晶体管Tr ton时,变压器初级Np有电流Ip,并将能量储存于其中(E = Lp*Ip^2 / 2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律: (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形 导通时间ton的大小将决定Ip、Vce的幅值: Vce max = VIN / (1-Dmax) VIN: 输入直流电压; Dmax : 最大工作周期

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