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1z电竞正激式隔离变压器之匝数比设计解析

文章来源:稳压电源企业,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,下面大家将设计1z电竞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大家的buck变换器中.现在,大家考虑设计要求:输入1z电竞电压为直流48V电源(简便起见,不需要考虑进线1z电竞电压的波动范围),输出1z电竞电压为5V,功率100W,开关频率为250kHz,基本电路图如图所示.

1z电竞正激式隔离变压器之匝数比设计解析
    1z电竞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.大家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1z电竞电压全部加在隔离变压器的原边.同样,副边也得到48V的1z电竞电压(忽略漏感),并加于续流二极管两端.实际上,具有低通态1z电竞电压的肖特基功率二极管其最大阻断1z电竞电压为45V左右.48V的电路中,至少要采用1z电竞电压为60V的器件,如果1z电竞电压有过冲或者输入1z电竞电压有波动,那么要求采用更高1z电竞电压的器件.二极管的反向阻断1z电竞电压越高,其通态1z电竞电压也越高,变换器的效率将会降低.

    在低输出1z电竞电压的变换器中,整流二极管的通态1z电竞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(对大家的例子而言).

    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1z电竞电压为48V,副边和二极管上的1z电竞电压为24V,可以使用肖特基功率二极管.1z电竞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1z电竞电压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先容的方法计算得到,原边1z电竞电压升高(副边1z电竞电压反射到原边)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,大家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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