1.1 反激式变压器的概论

大家好，我叫李思聪 是德州仪器 ACDC 小功率产品线的市场工程师 我要介绍的主题是如何优化设计变压器 来改进反激式变换器的效率和 EMI 性能 本主题分为五个部分 第一部分简单介绍了反激式变压器的工作模式 并以一个例子说明其优化 对于效率和 EMI 性能的重要性 第二部分，介绍如何准确评估 反激式变压器的磁芯损耗 第三部分，分析了 影响反激式变压器铜损的主要因素 以及优化设计方法 第四部分介绍了反激式变压变压器的漏感 以及钳位电压对损耗的影响 那么最后一部分是关于反激式变压器的 EMI 那么介绍如何通过抵消和平衡技术来减少共模噪声 今天介绍第一部分的内容 反激式变压器实际上是一个隔离的耦合电感 所以设计师按电感器来考虑 那么反激式变压器工作可分为电流连续模式 跟电流断续模式 那么这边简单介绍它工作过程 首先当主开关管开通的时候 输入电源提供能量储存在变压器的初级绕组 那么这时候输出整流二极管是关断的 由输出电容提供能量给输出负载 那么当主开关管关断的时候 这时候储存在变压器的能量 通过这个输出整流二极管 那么提供能量给输出负载 同时对这个输出电容充电 那么这样就完成了一个基本的开关周期 那么在下一个开关周期开始的时候 也就是主开关管再次开通的时候 假设流过副边整流二极管的这个电流已经过零了 那么这种状态就叫电流断续模式 那么在电流断续模式下 每个周期储存的能量都传输到了输出 那么假设在主开关管再次开通的时候 如果流过这个输出整流二极管的电流不过零 那么这种状态就是 CCM 模式 那么 CCM 模式跟 DCM 模式 由于其电流流过这个变压器的电流不一样 那么所以它们对效率的影响会不同 这边以一个例子来说明反激式变压器 对效率和 EMI 性能的影响 在同一块电源板上比较两个不同设计的变压器 那么分别测量了这个板的这个效率 EMI 漏感以及这个主开关管上 VDS 两端的这个电压尖峰 那么左边这边的结果是没有优化的 设计的变压器的这个测量结果 右边这这一栏是经过优化设计后的 这个变压器的测量结果 那么从这边可见经过优化设计 那么变压器的效率提高了近2.5个点 EMI 改善了近24个 dB 漏感减少了一半 那么电感，实际上主开关管上的这个电压 尖峰减少了十几伏 要提高效率 必须减小反激式变压器的损耗 那么反激式变压器的损耗包括三个部分 第一个是磁芯损耗 磁芯损耗包含了涡流损耗、磁滞损耗以及剩磁损耗 那么它跟磁芯材料有关 那么还跟这个直流偏置 磁感应强度的这个峰值 以及这个开关频率有关系 那么铜损主要包括这个直流的铜损 以及这个交流就高频像这种交流电阻的损耗 那么其他损耗指这个变压器这个漏感的损耗 以及这个钳位电路带来的损耗 这边列出了一些关于变压器损耗的实践总结 首先对磁芯损耗 那么不能忽略直流偏置以及不同占空比的影响 所谓不同占空比 就是指不同的这个电流波形形状 那么第二个在设计的时候 要尽量平衡铜损跟磁芯损耗 那么通常来说 你要尽量的去选大的这个磁芯截面积的磁芯 以及尽量的使用大的这个磁感应强度的峰值 这样可以减少这个匝数从而减小铜损 但是这种情况通常来说 只是在这个开关频率比较低的时候可以 那么如果开关频率很高的情况下 这两个参数会带来更大的这个磁芯损耗 所以设计的时候要去考虑这些 在选择磁芯跟骨架的时候 要尽量选择窗口面积比较宽的 这样的话可以减小这个绕组的层数 从而减小邻近效应带来的损耗 同时可以减少这个漏感的这个带来的损耗 那么可以通过初次级绕组之间 交错的方式来减少这个漏感 从而减小漏感损耗 那么在每一层绕组绕制的时候 要尽量把每一层都铺满 均匀的铺满到这个窗口中 这样可以减少一些这个漏感 以及漏感带来损耗 那么要认真的选择这个绕组的这个线径 以及这个线圈这个匝的股数 那么通常来说 以这个你开关管的这个 基波的这个一个集肤深度作为这个线的这个直径 然后你可以去选择多股线来减少这个直流电阻 那么最后要注意就是 RCD 吸收钳位电路 那么这个钳位电压不能设的太低 否则会使这个激磁电感的能量 会被损耗掉在这个钳位电路上 反激式变压器主要影响共模噪声 可通过加屏蔽层和增加辅助绕组来抵消和平衡共模噪声 这边列出了一些关于反激式变压器的参考文献 大家可以下载以进一步的学习 谢谢大家