经验谈：写给新手的反激变压器KRP详解

反激变压器的优点自是不必多说，很多新手都通过反激电源的制作来熟悉电源设计，目前网络上关于反激变压器的学习资料五花八门且比较零散，本文就将对反激变压器的设计进行从头到尾的梳理，将零散的知识进行整合，并配上相应的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，帮助大家尽快掌握。今天将进行一个较为完整的分析，KRP作为反激变压器中的灵魂参数，该如何对其进行取舍，值得我们深入探讨。首先先对文章当中的将要提到的一些名词进行解释。工作模式：即电感电流工作状态，一般分DCM、CCM、BCM三种(定性分析)。KRP：描述电感电流工作状态的一个量(定量计算)；KRP定义：KRP的意义：只要原边电感电流处于连续状态，都称之为CCM模式。而深度CCM模式(较小纹波电流)与浅度CCM模式(较大纹波电流)相比较，电感量相差好几倍，而浅度CCM模式与BCM、DCM模式的各种性能、特点可能更为相似。显然需要一个合适的参数来描述所有电感电流的工作状态。通过设置KRP值，可以把变压器的电感电流状态与磁性材料、环路特性等紧密联系起来。我们也可以更加合理的评估产品 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ，例如：KRP较大时(特别是DCM模式)，磁芯损耗一般较大(NP较小)，气隙较小(无气隙要求，仅满足LP值)，LP较小，漏感会较大，纹波电流较大(电流有效值较高)；KRP较小时(特别是深度CCM模式)，磁芯损耗一般较小(NP较大)，气隙较大(有气隙要求，平衡直流磁通)，LP较大，漏感会较小，纹波电流较小(电流有效值较低)；注：KRP较小时，气隙也是可以做到较小，但这需要更大的磁芯和技巧；KRP较大时，磁芯损耗也是可以做的较小，但这同样需要更大的磁芯和技巧；这里说一点题外话，大部分人通常认为，相同磁芯、开关频率，DMAX，DCM模式比CCM模式下的输出功率更大；其实这是不完全对的(至少不符合实际,因为需要限制DMAX，导致空载容易异常)，原因在于DCM模式下磁芯损耗会超出你的想象(电应力也会如此)；DCM模式下，如果想大幅度降低磁芯损耗，唯一的方法是增大NP，而过大的NP会与LP形成现实冲突(DCM模式下，LP一般较小)，造成磁芯气隙超出你的想象(漏感也会如此)；有没有方法解决这种现实矛盾?答案应该是肯定的，即选择合适的磁芯结构，如长宽比小且AE大的磁芯(PQ、POT系列)，或许会比长宽比大且AE小的磁芯(EER、EEL系列)更加有优势。(补充：在DCM模式下，如果限制DMAX，则会比CCM模式下输出更大的功率)KRP较大时，增大DMAX可以在一定程度上降低原边的纹波电流及有效电流值，但是次级的电流应力会更加恶劣，这种方法(增大/减小DMAX)只适合平衡初次级的电压、电流应力，应该不是一种很好的设计手段。KRP较大时，空载启动困难，特别是低压大电流输出，且空载无跳频(宽范围AC输入时尤其如此，如3.3V10A，特别是超低压输入)；KRP较小时，开关损耗较大，特别是高压小电流输出，且开关频率较高(窄范围AC输入时尤其如此，如100V0.5A，特别是超高压输入)；注：非低压大电流产品(如12V5A)，KRP较大时，DMAX不能设计的过小，否则空载也会启动困难，且空载无跳频(宽范围AC输入时尤其如此)；超低压输入产品(如12V输入)，KRP应该较小，且开关频率也不能过高，否则LP过小(漏感过大)无法正常工作(或者效率极低)。KRP较大时，动态响应较快，环路补偿比较容易(特别是采用电流模式控制)；KRP较小时，动态响应较慢，环路补偿相对困难(特别是采用电压模式控制)；KRP较大时，电感电流斜率较急，CS采样端对噪声影响不明显；KRP较小时，电感电流斜率较缓，CS采样端可能会受到噪声影响；注：电流模式芯片通常会比电压模式控制芯片的性能更加优异，但并非所有情况下都是如此。如果输入电压较高，输出功率较小，电流模式芯片可能无法检测CS电压，低压大电流输出产品在空载时也会出现这种情况(再次强调，宽范围AC输入，低压大电流输出〈甚至非大电流输出产品〉，如果KRP较大，DMAX又较小，空载极有可能出问题，或许轻载降频、提高VCC都不一定有效，但是采用某些电压模式控制芯片，可能会避免此问题)。低压输入，输出功率很大时，电感电流斜率较缓，CS采样电压(电阻/互感器)可能很容易受到干扰，如果负载变化较大，也可能会因此CS端采样异常。也不是所有电流模式芯片均比电压模式芯片优秀，这需要综合考虑各种因素，包括外围电路的复杂程度。超高压输入时，KRP应该设置较大(最好是QR模式)，开关损耗会较低；超低压输入时，KRP应该设置较小(最好是深度CCM模式)，漏感会较低；KRP选取法则电感纹波电流如何设置，主要取决于输入电压范围、输入电压幅度、输出电压幅度、输出电流范围、漏感百分比(气隙)四个量。1、宽范围输入时，尽量选择深度CCM模式；注：在所有输入电压范围内，功率器件的电压电流应力会有一个较好的折中；2、输入电压非常低时(如12/24V)，请选择深度CCM模式(KRP≤0.40)；注：此时如何降低漏感摆在第一位，深度CCM模式下，自然会获得最小的漏感量；3、输入电压非常高时(如400VDC)，请选择DCM模式(或者QR模式)；注：此时如何降低开关损耗摆在第一位，在QR模式下，自然会获得最小开关损耗；4、输出电压非常高时，请选择DCM模式(或者QR模式)；注：此时如何降低开关损耗摆在第一位，在QR模式下，自然会获得最小开关损耗；5、输出电流非常大时，尽量选择CCM模式，KRP值视输入电压范围及幅值决定；注：CCM模式下，峰值电流、纹波电流、有效电流都会相对较小，且尽量避免采用单个肖特基二极管去处理高有效值电流，也要想办法去避免空载问题。6、小电流输出，尽量采用DCM(QR)模式。注：功率小，效率较高。7、如果要求最小漏感设计，尽量选择CCM模式，KRP尽可能的小。8、采用较小磁芯输出较大功率的前提条件是：较小DMAX、较高电感纹波电流(有效电流)，空载问题好解决9、KRP小于0.66时，电感电流峰值、有效值，不再跟随KRP值的减小而明显减小，但是Bdc及气隙上升非常明显；KRP小于0.40时，电感电流纹波电流将会出现过小而导致CS采样困难，且饱和的10电感电流上升不明显；10、如果设置BCM模式下的LP=1，其他工作条件不变，则：KRP=1.00，LP=1KRP=0.66，LP=2KRP=0.50，LP=3KRP=0.40，LP=4KRP=0.33，LP=5我们可以研究不同KRP值下，磁芯的Bdc、Lg的变化趋势，甚至可以更换不同的磁芯来满足电气参数设计(KRP、DMAX、LP均不会发生改变)。如此一来，KRP(电气参数)将会与磁芯参数形成紧密的联系，方便量化分析。通过不同的电感纹波电流，来让我们知道变换器到底需要什么样的磁芯设计参数(包括磁芯选型)。而不是先来设计变压器参数，然后自动生成KRP等电气参数。简单的理解，就是先设计好电气参数，如初次级的电压、电流应力，评估各种损耗温升，考虑到PWM芯片、MOS、二极管各种的特点(先选好)，让反激变换器工作在最佳的工作状态。根据这个最佳的电气参数，我们来设计变压器参数，如NP、NS、气隙等等，最后通过更换磁芯或是微调变压器的结构设计，让整个变换器都工作在最合理的状态。如果开头就进行变压器设计，会导致我们产品优化的余地较小(不得不重新计算或是申请样品)。不过，不得不承认，每一个人的学习经历往往很不同，属于自己的最佳设计流程，应该是自己最熟练、最能理解的哪一种。那是一种积累、一种磨练，千万不要轻易去否定。这里提供的方法只是其中一种，诸多技巧中，如果觉得好就用，不好就不用。KRP的别名：KRF、r，它们之间存在换算关系，建议参考相关资料；如果设置BCM模式下的LP=1，其他工作条件不变，则：(磁芯、匝数比不变，否则无法完成对此；NP的变化不会改变DMAX、电压、电流应力，NP主要是影响磁芯参数设计)释疑：1、KRP从1.00下降至0.66时，峰值电流的下降非常明显，当KRP从0.66向0.33下降时，峰值电流的下降幅度非常有限；2、KRP从1.00下降至0.33时，纹波电流的下降一直非常明显，与LP的变化趋势刚好相反(I=V*TON/LP)；3、KRP从1.00下降至0.66时，有效电流的下降非常明显，当KRP从0.66向0.33下降时，有效电流的下降幅度非常有限；4、KRP从1.00下降至0.33时，BDC急剧增大，气隙的大小与磁性元件的设计有关，由于对比中的NP会有所不同，所以气隙、BDC、BAC的变化趋势仅仅是起有限的参考作用；关于BDC、BAC的变化趋势(二者是由哪些量决定的)分析见《开关电源手册》，其中有详细描述：①外加的伏秒值、匝数、磁芯面积决定了交变磁通量(BAC)；VTon(n)+Np+Ae→△B②直流平均电流值、匝数、磁路长度决定了直流磁场强度(BDC)；Idc+Np+Le(lg)→Hdc③加气隙和不加气隙，磁芯饱和磁感应强度是一样的；但加气隙的磁芯能显著减小剩磁Br，另外，加气隙可以承受大的多的直流电流；5、KRP从1.00下降至0.33时，由于BDC、LP急剧增大，所以NP也会较大，间接导致导致BAC较小。6、KRP从1.00下降至0.33时，LP的变化范围非常有意思，注意是整数倍，这为我们评估变压器的设计提供了极好的参考依据，我们可以一开始就设计在临界模式，并且将临界LP作为参考数值。需要明白，在保持匝数比(DMAX)不变的情况下，产品中的各种电压应力不会有任何改变(DMAX决定了电压应力，也不能够大幅度改变，只适合微调)。我们可以通过研究KRP(LP)变化时，各种电流应力与磁芯参数的变化趋势，最终找出最优设计。7、采用此方法设计变压器时，建议采用V*TON，而不是I²*LP，因为DMAX(决定TON)几乎是固定量变化不大，而LP可以是变化量(由KRP决定)，变化量非常大，优化分析时也比较简单。8、需要认真理解NP与LP不是线性关系，也要完全明白气隙的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ；9、进行KRP及变压器设计时，需要紧密联系各种参数(电压、电流应力，磁性参数)，然后进行系统分析。这是我极力推荐大家采用软件的主要原因，手工计算极易出错、慢、且无法对全局进行优化分析。10、关于KRP的相关介绍，可以参考PI的相关设计资料；关于KRF的相关介绍，可以参考飞兆的相关设计资料；关于r的相关介绍，可以参考《精通开关电源设计》；关于KRP，其他公司也有各种不同的描述，但他们要 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达的意思其实都差不多。控制模式：电压型、电流型、ON/OFF开关控制(RCC)电压型控制典型芯片：SG3524/3525、TOP22X/23X/24X等等电流型控制典型芯片：TL494、UC3842/3/4/5、NCP1200、NCP1337等等ON/OFF开关控制典型芯片：TNY系列，RCC变换器，安森美有个系列好像也是的声明：后续可能还会直接引用一些PI的资料，特别是设计流程、软件操作、芯片资料、包括部分设计思路等等，并不代表PI的设计理念比其他公司更优秀，仅仅是我更熟悉些而已，而且这些资料都有中文版本， 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 详实，方便初学者追根溯源。关于书籍，推荐大家《新型单片开关电源设计与应用》2004版，虽然比较难找，但是对于入门来说非常不错。PI的变压器设计软件其实是非常不错的入门工具，熟练了也可以把它用来设计其它类型的芯片。现在又可以用来设计PFC、正激、LLC等拓扑，太强大了，建议初学者多花点时间学习学习。