1）應(yīng)用最多的變換器

生產(chǎn)數(shù)量、人均擁有量、總用電容量？

2）性能最差的變換器

能效、電磁兼容性

3）工況最差的變換器

硬開(kāi)關(guān)、電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力、磁利用率、EMC應(yīng)力

4）任務(wù)最重的變換器

安規(guī)隔離、寬電壓應(yīng)用、PFC應(yīng)用，待機(jī)

5）最簡(jiǎn)單的變換器

還有比它更簡(jiǎn)單的隔離變換器？集成度越來(lái)越高、元件越來(lái)越少，做出來(lái)很容易，做好呢？

 

 

●比別人做的好

●沒(méi)有比這個(gè)更好

●為什么我做的總沒(méi)別人做的好

●為什么有那么幾個(gè)人做出來(lái)的反激就是明顯比別人好

●我手上這個(gè)還能不能更好

●如果能證明這個(gè)不可能更好，那就是最好

 

效率、成本、安全、電磁兼容性、待機(jī)、能效、可靠性、穩(wěn)定性、保護(hù)、體積（功率密度）、超薄、精度、紋波、電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、交叉調(diào)整率、溫度、壽命、功率因數(shù)、總諧波。

 

 

●效率做起來(lái)，才談得上其他的

●先做好效率，再說(shuō)其余

●犧牲效率的設(shè)計(jì)不是好設(shè)計(jì)

●效率是一點(diǎn)一點(diǎn)摳出來(lái)的

●對(duì)效率的追求，永遠(yuǎn)是值得的

●多花點(diǎn)時(shí)間優(yōu)化效率，就是效率

 

 

●很多人以88%為標(biāo)準(zhǔn)，幾年前的標(biāo)準(zhǔn)

●估計(jì)現(xiàn)在能批量出貨的應(yīng)該在90%以上，才有競(jìng)爭(zhēng)力

●有的人輕易就能做到91、92%以上去

●還有個(gè)別人，一不小心就做到93%以上去

 

 

●覺(jué)得太高？那就93%，不能再低了

●這是一個(gè)在特定情況下可以實(shí)現(xiàn)的整機(jī)效率

●這是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的整機(jī)效率。

●即使沒(méi)能實(shí)現(xiàn)，我們也應(yīng)該知道自己的差距

●即使沒(méi)能實(shí)現(xiàn)，我們也應(yīng)該知道為什么沒(méi)能實(shí)現(xiàn)，是哪些因素導(dǎo)致的

 

 

1.漏感

 

●漏感問(wèn)題是反激變換器的基本問(wèn)題。漏感是硬傷。要實(shí)現(xiàn)高效率，控制漏感是重頭戲。先做好漏感，再說(shuō)其余。

●漏感有多大？意味著能量傳遞損失多大，變換器效率損失有多大，鉗位電路熱損耗有多大。這都是額外的，其他變換器沒(méi)有的。

 

2.較大的峰值電流 Ipk

 

●反激的峰值電流較之其他拓?fù)涓?，原因是其?chǔ)能/釋能這種間歇工作模式?jīng)Q定的，占空比較小。

●臨界模式、斷續(xù)模式、PFC控制、寬電壓應(yīng)用更加劇了峰值電流應(yīng)力。

●峰值電流決定一個(gè)反激變壓器的磁應(yīng)力，導(dǎo)致磁利用率較低。

●峰值電流還與開(kāi)關(guān)（以及副邊二極管）導(dǎo)通損耗直接相對(duì)應(yīng)。

 

3.較高的原邊電壓應(yīng)力

 

●反激的原邊電壓應(yīng)力較之其他拓?fù)涓?，原因是反射電壓、漏感尖峰電壓疊加在輸入電壓上，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力為輸入電壓的1.5～2倍。

 

●導(dǎo)致：

 

a）硬開(kāi)關(guān)動(dòng)作的損耗劇增（因各種寄生電容導(dǎo)致的損耗增加2～4倍）

b）開(kāi)關(guān)內(nèi)寄生二極管反向恢復(fù)電流激增（導(dǎo)致關(guān)斷損耗激增）。

c）必須使用耐壓高出1.5～2倍的開(kāi)關(guān)，其飽和壓降大幅度提高，導(dǎo)通損耗劇增。

 

4.更高的副邊二極管電壓應(yīng)力

 

●反激的副邊二極管電壓應(yīng)力更是增加得離譜，按市電AC/DC變換的典型參數(shù)，這個(gè)電壓應(yīng)力更是高到了其輸出電壓的3到5倍，還可能有可觀的尖峰電壓疊加。

●導(dǎo)致：

 

a）二極管翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的損耗劇增（因各種寄生電容導(dǎo)致的損耗增加10～30倍）

b）二極管反向恢復(fù)電流激增（不要相信此處沒(méi)有反向恢復(fù)的說(shuō)法）

c）必須使用耐壓高出輸出電壓幾倍的二極管，其飽和壓降大幅度提高，導(dǎo)通損耗劇增

 

 

高效率的反激設(shè)計(jì)應(yīng)該比一般設(shè)計(jì)更注意仔細(xì)追究拓?fù)鋺?yīng)用環(huán)境，這是因?yàn)閷?duì)效率的極限追求也是對(duì)其應(yīng)用環(huán)境的極限追求，要讓電路工作處于最明確、最舒適、最能揚(yáng)長(zhǎng)避短、最能發(fā)揮到極限的環(huán)境。

 

1.選擇一個(gè)較軟的拓?fù)淇刂颇Ｊ?。?zhǔn)諧振（QR）模式是首選，而CCM、CRM模式可能效率較低。其他諸如諧振模式、無(wú)損鉗位模式、Sepic模式等，由于技術(shù)尚不成熟一般不予考慮。

 

2.輸出電壓較低時(shí)，副邊考慮同步整流是好主意。

 

3.盡量考慮采用專用控制芯片、有口碑的芯片、原邊控制的芯片。避免使用6562、3842這樣的通用芯片去做反激，用一大堆運(yùn)放達(dá)成的控制環(huán)路更是不可取。不是因?yàn)檫@些芯片不能用，而是要伺候這些芯片是很難受的。

 

4.認(rèn)真論證你的最低輸入電壓，也就是最大峰值電流 Ipk 的取值。全電壓的必要性，過(guò)渡模式（CCM模式）的必要性，限流模式（OCP模式）的必要性，控制轉(zhuǎn)折點(diǎn)設(shè)置在哪里？任何時(shí)候都不要讓 Ipk 失控。開(kāi)機(jī)沖擊和短路沖擊對(duì) Ipk 的影響也要考慮。

 

5.認(rèn)真論證你的最高輸入電壓，市電AC/DC應(yīng)用按264Vac做顯然是有問(wèn)題的，小區(qū)電壓飆到264Vac以上是經(jīng)常的。建議按277Vac（必要時(shí)再增加一點(diǎn)余量）考慮。

 

6.認(rèn)真論證你的最高輸出電壓，或者CV/CC模式的最大輸出功率。充分考慮各種情況下輸出電壓意外飆高的可能性，并選擇一款OVP嗨得住的芯片。OVP是否嗨得住，不僅涉及最高輸出電壓帶來(lái)的最高電壓應(yīng)力、功率應(yīng)力，還直接關(guān)乎假負(fù)載的損耗功率。最高輸出電壓就是脫離OVP保護(hù)模式后的第一個(gè)電壓。

 

 

 

1.輸入回路干凈利落，避免熱敏電阻、保險(xiǎn)電阻的設(shè)計(jì)，硅橋要電流稍大的。共模差模帶來(lái)的損耗要斤斤計(jì)較，一級(jí)兩級(jí)、個(gè)大個(gè)小、線粗線細(xì)之間的差別是很大的。這還涉及EMC設(shè)計(jì)水平，如何做到用最少的共模差模解決問(wèn)題？

 

2.開(kāi)關(guān)的選型，MOS最好是外置的，這樣方便選型和控制。內(nèi)阻（Rdson）盡量小一點(diǎn)，Cool-MOSc也是可以的。最重要的是耐壓，市電 AC/DC 典型應(yīng)用，MOS 耐壓首選 650V 的，耐壓更低的應(yīng)該嗨不住，耐壓更高的特性急劇惡化，其價(jià)格、內(nèi)阻都是很難接受的。

 

3.驅(qū)動(dòng)能力要足夠，Rg下拉、上拉電阻要分開(kāi)（上拉電阻與二極管并聯(lián)后串下拉電阻）。關(guān)斷要干凈利落，一定不能讓米勒平臺(tái)出現(xiàn)在 Ipk 位置。

 

4.在高壓端通過(guò)電阻實(shí)現(xiàn)的電壓采樣、VCC啟動(dòng)、線電壓補(bǔ)償、安規(guī)電容放電等電路是要耗電的。副邊假負(fù)載、副邊采樣控制電路也是要耗電的。這些電路要優(yōu)化，其能耗要追究。

 

5.最敏感的電流采樣、過(guò)零（谷底）采樣、FB采樣電路要精心布置，電路要簡(jiǎn)潔，阻抗要匹配，雜散參數(shù)影響要小，PCB要安靜。這是因?yàn)楦咝孰娐穼?duì)這些細(xì)微的控制有更高的要求，不能出問(wèn)題。

 

6.各部波形要正常，沒(méi)有奇怪的、離譜的東西。環(huán)路、高PFC電路的主要參數(shù)要調(diào)試好，主要指標(biāo) PF 和 THD 要基本達(dá)到要求，工作穩(wěn)定，不能有振蕩，在這個(gè)前提下做的效率優(yōu)化才有意義。

 

7.在最后優(yōu)化效果出來(lái)前，（在經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)）某些要影響效率的次要電路可以先裸奔。比如：磁珠要取消、DS上并聯(lián)的電容要取消、差模共模可短路、鉗位功率最小化（降低電壓運(yùn)行看情況）、副邊二極管吸收電路不連接（用高耐壓二極管先代替看情況）、假負(fù)載功率最小化，CS采樣電阻最小化（非OCP模式），甚至VCC供電和副邊控制電路用電可考慮用電池組臨時(shí)供電。以免這些電路的設(shè)置不合理影響主電路運(yùn)行工況，造成誤判。

 

 

高效率反激變換器大部分設(shè)計(jì)技巧隱藏在變壓器里，繞組結(jié)構(gòu)和磁決定變壓（換）器性能是繞組結(jié)構(gòu)在決定運(yùn)行參數(shù)。

 

 

1.繞組結(jié)構(gòu)的約束條件：

 

●窗口約束

原邊副邊窗口分配用銅量大致相等，滿足幾何和能量的大致對(duì)應(yīng)。技巧是分配要合理、線包要基本飽滿。

 

●三明治約束

二夾一的意思，是降低漏感的重要措施，技巧是減少EMC結(jié)構(gòu)、安規(guī)結(jié)構(gòu)的不利影響，耦合要緊密。還需注意氣隙對(duì)繞組的影響、磁芯作為導(dǎo)體的影響，輔助繞組的結(jié)構(gòu)和位置。

 

●整層約束

是降低漏感最重要的措施，技巧是無(wú)論如何都要整層密繞、少半匝都不行，均繞不行、半層更不行，匝數(shù)太少就雙線或多線并繞、或者用與槽寬等寬的銅箔疊繞。

 

繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為平面幾何問(wèn)題。設(shè)計(jì)目標(biāo)是漏感最小化、氣隙最小化，需要較多的經(jīng)驗(yàn)、技巧、時(shí)間、智慧、精力才能達(dá)成。是反激變換器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是高效率反激設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。漏感的設(shè)計(jì)標(biāo)桿：1%，否則不能實(shí)現(xiàn)高效率。

 

2.繞組結(jié)構(gòu)決定運(yùn)行參數(shù)：

 

●一個(gè)繞組結(jié)構(gòu)最終與原邊副邊匝數(shù)相對(duì)應(yīng)，其匝比決定反射電壓 ：

 

 

●反射電壓決定原邊MOS和副邊二極管電壓應(yīng)力（不含尖峰部分）：

 

 

● 有了反射電壓即可算出原邊電流應(yīng)力：

 

 

●由此得到原邊電感量：

 

 

●基于臨界模式的最大PWM特征周期：

 

 

●與之對(duì)應(yīng)的最低特征頻率和最大占空比：

 

 

3.磁參數(shù)優(yōu)化：

 

1）磁芯選擇

給出一個(gè)（PC40材質(zhì)的）磁功率應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式：

 

 

●可由此大致判斷（λ=1）磁芯是否合適。高效率的設(shè)計(jì)要求磁應(yīng)力不能太緊張，也就是變壓器（包括繞組和磁芯）的發(fā)熱不要成為整個(gè)電源最突出的。當(dāng)熱應(yīng)力突出時(shí)，應(yīng)增加磁芯的 Ae.B 或者使用更好的材質(zhì)。

 

磁芯型號(hào)也有影響，骨架槽寬 B 越大于槽深 H 的偏平窗口由于越容易滿足整層約束而更有利于減少漏感。

 

2）磁飽和強(qiáng)度Bs

 

優(yōu)化方向是Bs值最優(yōu)化，約束條件是磁芯品質(zhì)，可按 Bs（或原邊電感量 Lp）擴(kuò)大20%～30%余量后 Ipk 波形可見(jiàn)臨界飽和跡象為判據(jù)確定Bs取值。更高的Bs取值，對(duì)應(yīng)更小的氣隙、更小的漏感，更小的尖峰電壓、可能更高的整機(jī)效率。但太高的Bs取值會(huì)使上述余量更小、磁芯的品質(zhì)控制困難、成品率降低。

Bs不能靠估計(jì)，要實(shí)測(cè)。Bs有個(gè)最佳值，PC40材質(zhì)，大約為0.3T，偏離這個(gè)最佳值都會(huì)降低效率。

 

 

4.運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化：

 

1）匝比 Np/Ns，反射電壓 Vr

 

優(yōu)化方向是匝比和反射電壓最優(yōu)化，約束條件是原邊電壓應(yīng)力（即MOS管耐壓）。更大的匝比對(duì)應(yīng)更高的反射電壓Vr、更小的峰值電流 Ipk、可能更小的漏感、更大的最大占空比 Dmax、更低的副邊電壓應(yīng)力Vs（以便使用最低耐壓的肖特基）。但反射電壓太高會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力及開(kāi)關(guān)損耗增加，抵消以上效應(yīng)，應(yīng)適可而止。

 

2）原邊匝數(shù)Np

 

優(yōu)化方向是原邊匝數(shù)最優(yōu)化，約束條件是磁損和開(kāi)關(guān)損耗。更少的原邊匝數(shù)，對(duì)應(yīng)更小的氣隙、更小的漏感絕對(duì)值、更小的尖峰、更小原邊電感量 Lp、更高的特征頻率 Fo、更低的銅損、更大的磁損、更大的開(kāi)關(guān)損耗、可能更高的輸入電壓低端效率、可能更低的輸入電壓高端效率。根據(jù)這些表現(xiàn)，優(yōu)化到佳值。

 

 

 

一個(gè)好的變壓器設(shè)計(jì)出來(lái)以后，需要電路與之配合，才能充分發(fā)揮高效率特性。

 

1.鉗位電路

 

尖峰一定是有的，尖峰大小取決于漏感，鉗位功率也取決于漏感。鉗位二極管耐壓應(yīng)不低于MOS管耐壓，一般應(yīng)考慮用快恢復(fù)的。避免使用4007、磁珠、二極管上串電阻，這些東西是要發(fā)熱的。鉗位電阻應(yīng)與鉗位電容配合，考慮到漏感能量有一部分消耗在開(kāi)關(guān)上，鉗位功率控制在漏感的50%以下為宜。

 

 

2.副邊二極管反壓尖峰 RC 吸收電路

 

非CCM模式，建議在原邊MOS驅(qū)動(dòng)上動(dòng)手腳，增加導(dǎo)通電阻、減緩導(dǎo)通速率、利用米勒效應(yīng)轉(zhuǎn)移功率、達(dá)成減小甚至完全消除副邊二極管反壓尖峰之目的。此法可完全省掉RC吸收，收獲最高整機(jī)效率。即使有過(guò)渡到CCM模式，上述導(dǎo)通電阻也應(yīng)做適應(yīng)性調(diào)整，采用一個(gè)合理取值，配合RC吸收達(dá)成目的。

 

RC吸收是有損吸收，對(duì)于每一個(gè)案例、每一個(gè)吸收電容值，都有一個(gè)最佳電阻值配合使尖峰最小化，找到這個(gè)電阻值，達(dá)成最小損耗的吸收。在多路輸出時(shí)，主要的回路才需要RC吸收（并按上面的方法使損耗最小化），次要的回路建議裸奔（用二極管耐壓去扛），或者稍微吸收一下即可，切不可喧賓奪主。

 

3.副邊二極管耐壓

 

在漏感最小化、吸收最佳配合后，副邊二極管電壓應(yīng)力已經(jīng)最小化了，按此電壓應(yīng)力選擇一款最低耐壓的肖特基，即達(dá)成最高效應(yīng)用。即使有同步整流助力也應(yīng)如此。此舉是提高整機(jī)效率最重要的措施之一。

 

 

1.副邊控制電路耗電最小化設(shè)計(jì) 盡量在 TL431（1～2mA）范圍內(nèi)解決問(wèn)題，假負(fù)載電流、吸收回路電流亦可利用起來(lái)為其供電。避免單獨(dú)繞組供電的設(shè)計(jì)。

 

2.輔助繞組電壓最小化設(shè)計(jì) 以芯片VCC工況為準(zhǔn)，電壓匹配、電流夠用即可，VCC電容容量夠用即可。能少一匝就少繞一匝的意思，避免為加快啟動(dòng)而故意增加VCC電流的設(shè)計(jì)。

 

3.電流采樣電阻Rcs 可能成為PCB板上的熱點(diǎn)，也就是損耗點(diǎn)。在必須采樣時(shí)，應(yīng)該糾結(jié)芯片的采樣閥值設(shè)置，盡量低一點(diǎn)有利效率；否則可適當(dāng)減小此電阻值，減小熱損失。

 

4.EMC最優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)高效率電源而言，EMC最優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)目的是簡(jiǎn)化端口的差模共模工程，從而減少器件損耗、提高效率。這些措施是：

 

a、變壓器 EMC 結(jié)構(gòu)要追究、隔離屏蔽要做好

b、 PCB 要做好

c、 Y 電容要用兩只來(lái)湮滅偶極子噪音

d、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通速率宜緩不宜急

e、 共模差模結(jié)構(gòu)要合理

 

5.熱平衡設(shè)計(jì) 仔細(xì)考察電源的熱景象，主要溫升器件的極端最大溫升應(yīng)大致一致，一般可以50C°為限值。溫升還可判斷變壓器設(shè)計(jì)的合理性、散熱工的合理性、意外的溫升點(diǎn)意味著高效率設(shè)計(jì)的敗筆。