今天给大家介绍的是怎么设计反激式转换器，实际设计案例，手把手教你。

反激式转换器设计虽然简单，但是也为某些应用提供了很大的优势，虽然有新的、更复杂的拓扑结构，但反激式转换器仍然是一种流行的设计选择。

反激式转换器的运行基于耦合电感，有助于功率转换，同时隔离转换器的输入和输出，耦合电感还支持多个输出。

一、反激式转换器工作

反激式转换器由大多数与其他开关转换器拓扑结构相同的基本元件组成，但反激式转换器的不同在于其耦合电感器，会将转换器的输入与其输出隔离开来。

反激式转换器原理图

关于反激式转换器原理更详细的内容，欢迎阅读以下文章：

还搞不懂反激式转换器？一定看这一文，工作原理+电路案例设计

反激式转换器有2个信号半周期：tON和 tOFF，以 MOSFET 的开关状态命名（并受其控制）。

在 tON期间，MOSFET 处于导通状态，电流从输入端流过初级电感，对耦合电感进行线性充电。

在 tOFF期间，MOSFET 处于关断状态，耦合电感开始通过二极管退磁。来自电感的电流为输出电容充电并为负载供电。

二、反激式转换器设计和元件选择

设计反激式转换器涉及到许多重要的设计决策和权衡，下面将介绍简单反激式转换器设计的步骤，下图是设计流程。

反激式转换器的设计流程图

三、反激式转换器设计过程和计算

1、设计输入

设计输入要么由最终应用定义，要么由设计人员选择，这些参数包括但不限于输入和输出电压、功率、波纹系数和工作模式。下表了显示了本文讨论的电路的设计输入摘要。

设计输入总结

为该应用选择断续导通模式（DCM）是因为具有更高的稳定性和更高的效益，意味着解决方案的纹波因子为1。

最大占空比固定为50%，以最大限地减少应力并平等地利用MOS和二极管，开关频率为160KHZ.

为了使计算更符合实际，定义了转换器的估计效率。估计效率相对较低（约80%），因为这是低功率反激式转换器的常见值。

鉴于所有这些输入，在设计的时候必须选择满足所有初始要求的控制器IC。这里使用的是MPS的MP6004 。MOP6004是一款仅在DCM下运行的反激式控制器，还具有初级侧调节功能，可减少外部元件数量。

2、计算选择最大初级电感

第一个设计主要是找到最大初级电感值，有许多不同的设计方法可以用，但用于此示例的转换器始终在DCM中运行。使用下面公式计算初级电感值（Lp）:

计算初级电感值（Lp）

最坏的情况发生在转换器以最小输入电压和最大占空比全功率工作。通过上面的公式计算输入，最大电感的限值确定为53uH。

接下来，计算所需的匝数比（nS1）,在最大UIN 和最大 D 的情况下应用相同的最坏情况，添加二极管的正向压降以使计算更加精准，用下面这个公式估值nS1：

匝数比公式

3、MOS管计算

下一步是为应用选择合适的MOS管，为此，计算开关必须承受的最大电流和电压。使用下面这个公式计算最大电压：

开关必须承受的最大电压

这里要注意，已将20%的安全余量添加到V DS_MAX以确保转换器的安全运行。使用下面的公式估算最大电流：

开关必须承受的最大电流

查看MP6004控制器规格，MOS管的V DS_MAX为 180V，最大电流为 3A。意味着可以在应用中安全地使用控制器 IC。

4、整流二极管计算

在此步骤中，将评估整流二极管。与MOS管一样，主要是确保整流二极管能够处理可能遇到的最大电压和电流。使用下面的公式可以计算二极管可承受的最大电压：

二极管可承受的最大电压

VD1_PK=VOUT+VIN_MAX/n=12+78/2.5=43.2V+40% safety margin=60.5V

通过增加40%的安全裕度，最大反向电压被确定为60.5V。

5、输出电容计算

估计用于确定输出电容的值，意味着可以忽略电路的二阶方面，例如寄生元件和输出串扰，使用下面的公式估算电容中的电压：

二极管可承受的最大电压

这里要注意，如果此等式针对 tON进行计算，则可以简化使用下面的公式计算输出电压纹波：

输出电压纹波

接下来选择一个电容值提供最佳纹波电压。在这种情况下，使用了一个250UF的电容，会产生12.5mV的输出电压纹波。

6、反激式变压器设计和计算

这个步骤设计变压器，选择变压器涉及许多设计，例如磁芯材料和磁芯形状，在选择芯材和形状时，每种选择都有其特定的优势，对于这个例子，选择了常用的双E形铁氧磁芯（如下图）

反激式变压器设计和计算

用计算变压器的面积的方法称为AP法。将变压器的总面积定义为绕组窗口面积与铁芯横截面积的乘积，变压器的所有磁通量都集中在从处。（如下图4）

计算变压器的面积

变压器面积可以用下面公式估算：

变压器面积

现在已经定义了方法和设计参数，可以使用一组快速计算来设计变压器。首先，使用下面公式计算最小变压器面积：

最小变压器面积

B MAX通常是定义的输入参数：对于铁氧体磁芯一般在0.2T到0.3T之间。使用 A P方法，选择了 EE13 磁芯和最小长度为 0.28mm 的骨架。

接着计算可装入变压器的最大初级和次级匝数，以保持上面等式中计算的匝数比，使用下面公式计算初级匝数。

$$ N_P = frac {L_M times I_{PK_MAX} times 10^6}{B_{MAX} times A_E} = frac {53μH times 1.88A times 10^6}{0.2 times 20.1mm^2} 约为25 $$

使用下面公式计算初级匝数：

$$N_S = {N_P over 2.5} = 10$$

辅助绕组匝数的计算方法与次级输出匝数相同，因此N AUX = 5。

7、缓冲器设计和计算

设计的最后一步找到缓冲器值，该电路有助于减轻由于变压器漏电感和开关节点电路中的杂散电容之间的振铃而出现的电压尖峰。如果没有缓冲器，电压尖峰会增加噪声，甚至会导致MOS击穿。

下图显示了带有缓冲电路的反激式转换。

带有输入缓冲电路的反激式转换器电路

对于缓冲器，设计过程包括3个阶段。首先，漏感估计约为初级电感的2%。然后最大缓冲电容电压波纹设置为10%，然后可以估算缓冲器组件的值。

使用下面的公式计算最大电容电压：

$$V_{C(MAX)} = V_{DS(MAX)} times 0.1 + frac {D_{MAX}}{1 - D_{MAX}} times V_{IN(MIN)} = 132V times 0.1 + {0.5 over 1-0.5} times 32V = 45.2V $$

使用下面公式估算缓冲电阻中的功率：

$$P_{R_{SNUBBER}} = frac {I_{P(PEAK)}^2 times L_{LEAK} times f_{SW}} {2} = frac {(1.88A)^2 times 1.06μH times 160kHz}{2} = 0.3W$$

使用功率作为限制参数，使用下面公式计算缓冲电阻值：

$$R_{SNUBBER} = frac {(V_{C(MAX)})^2} {P_{R_{SNUBBER}}} = frac {(45.2V)^2}{0.75W} = 2.72kΩ$ $

使用下面公式估算缓冲电容的值：

$$C_{SNUBBER} = frac {1}{Delta V_C times R_{SNUBBER} times f_{SW}} = frac {1}{10% times 2.72kΩ times 160kHz} = 23nF$ $

最后，使用下面公式计算缓冲二极管两端的最大电压：

二极管两端的最大电压

8、最终设计

在计算出所有转换器组件的值后，MP6004稳压器可以与其他外部组件配对以建立功能齐全的反激式DC/DC转换器。

这里要注意，该电路包括前面提到的组件，例如初级电感（Lp、辅助电感（Lp2）、输出电容（由 C 2A、 C 2B、和 C 2C用于改善频率响应）、整流二极管（D1）和缓冲电路。

下面显示了电路的最终设计以及新组件，例如MP6004 的初级侧控制器。该控制器包括 MOSFET 开关及其所有相关电路，以及一些用于噪声过滤的附加组件。

最终设计电路原理图

关键词： 反激式转换器 电路设计