高频变压器设计技巧与注意事项

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：NCP1560电路在变压器设计时用反馈绕组或有源钳位方法使磁心复位，而复位电压的大小对消除或抑制磁饱和极为重要。

1.输入最低、最高电压的确定

2脚是NCP1560的主电压输入的欠电压、过电压限制脚，通过电阻分压，计算出输入电压的最低和最高电压，根据NCP1560的结构，片内故障检测的基准电压分别是1.451V和3.54V。计算输入电压：

2.变压器一次绕组匝数N_P的计算

NCP 1560电路工作在200kHz的频率中，要使变压器磁心的磁损在这种高频下最低，绕组匝数最为关键。变压器一次绕组匝数N_P的计算：

式中，V_DS（on）为开关MOSFET在导通时的电压降，设V_DS（on）=10V。

3.磁心的选择

变压器的一次绕组匝数与所选磁心的中间截面积A_e有关系。算出A_e即可选择磁心的型号。

式中，B_m、B_r是软磁铁磁心的最大磁感应强度和剩余磁感应强度，分别设为0.3T和0.1T。

为安全起见，根据表5-1选用EC25/25/7，磁心A_e=55mm²，可满足电源要求。

表5-13 C8磁性材料的磁心特性表

4.反馈绕组匝数和二次绕组匝数N_F、N_S的计算

NCP1560的供电电压V_AUX低于7.0V时电路关闭，V_AUX达到11V时电路启动。正常工作电压为16V。

MOS管的导通电压为10V，所以二次绕组匝数

5.辅助供电滤波电容C₁₁的计算

15脚最高电压是16V，IC的供电电压是随着直流输入电压的改变而调整的，经VD₃、C₁₃整流滤波、VS₁稳压供给IC₁、IC₂电压，当供电电压超过15V时，R₁₂、R₁₃、VT₁将电压钳位到13.6V。C₁₁是15脚上的瞬态启动自供电模式的启动电容，C₁₁必须提供一定的电能输出，当15脚电压达到7.0V时，IC₁片内的转换程序开始工作。

式中，I_C7为反馈绕组IC₁的15脚的工作电流，为15mA；t_C为反馈电压给C₁₁的充电时间，每周期4.7ms；V_AUX为15脚电压。

6.磁心复位电压的计算

变压器磁心在高频电场的作用下会出现剩磁，经过几十个转换周期，变压器就会发生磁饱和。NCP1560电路在变压器设计时用反馈绕组或有源钳位方法使磁心复位，而复位电压的大小对消除或抑制磁饱和极为重要。复位电压V_stre的计算如下：

对高端输入电压占空比采用D_min来计算：

7.功率开关管VT₂、VT₃的选用

功率开关管的选用主要依据是电源工作的峰值电流、反向工作电压和功耗等参数。NCP1560的一次峰值电流按下式计算：

式中，I_PO为一次绕组工作电流。

选用MOSFET的电流容量要以2倍的I_PK，因MOSFET的导通电阻R_DS（on）会随着温度而改变，使热损耗加大，NTB30N20完全能满足电路设计要求，安森美公司的MC14152的栅极驱动能力也能兼容。

8.输出滤波电感L₂的计算

电压由VT₃整流后经L₂、C滤波。图5-5所示电路的二次侧滤波电感与输出电压、输出电流及二次侧经整流后的工作频率有关，见下面的计算公式：

9.输出滤波电容C₁₉～C₂₂的计算

在电路的二次侧经同步整流后加入LC滤波器是为降低纹波电压、减少EMI，使得电路的输入阻抗与输出阻抗得到最佳配备，提高工作效益。

式中，V_limit为输入最大电压转换时的限制电压，

平均分给四只电容，每只电容为47μF。

10.同步整流的概述

同步整流是利用MOS管代替整流二极管，MOS管有自驱动和外部驱动两种方式，不管哪种方式，要注意整流管和回流管同时导通的问题，一旦出现同时导通，将产生大的电流环流，很快引起MOS管的烧毁。因此VT₅采取“地”回路自激驱动，VT₆设计它控制驱动方式，二次绕组N_S的电压决定了MOS管VT₅、VT₄的反向电压，也决定了VT₆的最低栅压。MOS管的最低反向电压为30V，栅极最大驱动电压是20V。为了防止因温度改变而使两只MOS管的R_DS（on）改变，设计时MOS管的电流容量必须大于2倍的输出电流容量，应采用低R_DS（on），降低导通损耗。

11.转换器工作频率的计算

周期跳跃元件C₈与R₆是决定转换工作频率的重要元件，当电路出现过载或短路时，工作频率跳跃周期电流模式，避免出现电流限流误触发。

高频变压器设计技巧与注意事项

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