【導讀】連續導通模式（CCM）反激式轉換器常出現在中等功率和隔離應用中。由于具有峰值開(kāi)關(guān)電流較低、輸入和輸出電容較少、電磁干擾降低等優(yōu)點(diǎn)，加上其低成本優(yōu)勢，它們已在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。本文將介紹在5A CCM反激條件下，針對53Vdc至12V的功率級設計方程式。
連續導通模式（CCM）反激式轉換器常出現在中等功率和隔離應用中。CCM工作的特征包括峰值開(kāi)關(guān)電流較低、輸入和輸出電容較少、電磁干擾 (EMI)降低、以及工作占空比范圍窄于在不連續導通模式（DCM）下工作。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，加上其低成本的優(yōu)勢，它們已在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。本文將介紹在5A CCM反激條件下，針對53Vdc至12V的功率級設計方程式。
圖1所示為一個(gè)詳細的60W反激電路原理圖，工作頻率在250kHz。在最小輸入電壓為51V和最大負載時(shí)，占空比選擇為最大值的50％。雖然超過(guò)50％的操作是可以接受的，但在本設計中并非必需。由于相對較低的高壓端輸入電壓為57V，占空比在CCM工作中將僅下降幾個(gè)百分點(diǎn)。然而，若負載大大降低，且轉換器進(jìn)入DCM工作時(shí)，占空比將顯著(zhù)降低。
圖1：60W CCM反激式轉換器原理圖。
設計細節
為了防止磁芯飽和，繞組開(kāi)/關(guān)周期內的伏秒積必須平衡。這相當于：
將dmax設置為0.5，計算Nps12（Npri：N12V）和Nps14（Npri：N14V）的匝數比：
變壓器匝數比設定好后，可以計算出工作占空比和場(chǎng)效應晶體管 (FET) 電壓。
Vdsmax表示FET Q2漏極上無(wú)振鈴的“平頂”電壓。振鈴通常與變壓器漏電感、寄生電容（T1、Q1、D1）和開(kāi)關(guān)速度有關(guān)。額外降低FET電壓的25-50％，選擇一個(gè)200V的FET。若可能，變壓器必須具有優(yōu)異的繞組耦合和1％或更小的最大漏電感，以最小化振鈴。
當Q2導通時(shí)，二極管D1的反向電壓應力等于：
當次級繞組由于漏感、二極管電容和反向恢復特性而變負時(shí)，振鈴是常見(jiàn)的。使用超快（小于35 nS）、肖特基和SiC二極管可幫助最小化反向恢復效應，并最大限度地減少二極管緩沖器損耗。D1在FET關(guān)斷期間進(jìn)行導通，平頂電流為：
我選擇了30A/45V額定的D²PAK封裝，以將10A的正向壓降降至0.33V。功耗等于：
推薦通過(guò)散熱器或氣流進(jìn)行適當的熱管理。您可以從以下方式計算初級電感：
式中， POUTMIN是轉換器進(jìn)入不連續模式工作（DCM）之處，通常是POUTMAX的20-30%。
峰值初級電流發(fā)生在VINMIN，等于：
確定最大電流檢測電阻（R18）值對于防止控制器主要過(guò)電流（OC）保護裝置跳閘是必須的。對于UCC3809，為了保證全輸出功率，R18上的電壓不能超過(guò)0.9V。對于此示例，我選擇一個(gè)0.18Ω的阻值。更小的電阻是可以接受的，因為它減少功率損耗。但是過(guò)小的電阻會(huì )增加噪聲敏感度，并使OC閾值高，帶來(lái)變壓器飽和的風(fēng)險甚至更糟的情況——OC故障期間壓力相關(guān)電路故障。在電流檢測電阻中消耗的功率為：
從以下公式可以計算出FET導通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗：
損耗計算
與Coss相關(guān)的損耗計算不太明確，因為該電容極其非線(xiàn)性，隨Vds增高而降低，在設計中估計為0.2W。
電容器要求通常包括計算最大RMS電流、獲得所需紋波電壓所需的最小電容和瞬態(tài)保持。輸出電容和IOUTRMS計算公式如下：
單獨的陶瓷電容器是合適的，但是在直流偏置效應之后，需要7個(gè)陶瓷電容器才能實(shí)現83μF。因此，我只選擇了足夠的電流來(lái)處理RMS電流，然后采用LC濾波器來(lái)降低輸出紋波電壓，并提高負載瞬變。若存在大負載瞬變，可能需要額外的輸出電容來(lái)降低壓降。
輸入電容等于：
式中，VINRIP是允許的輸入紋波電壓，其設置為VIN的3%或?1.5V。
此時(shí)您仍然必須考慮電容搶占直流偏置效應的情況。RMS電流約為：
圖2所示為原型轉換器的效率，圖3所示為反激評估板。
圖2：轉換器的效率和損耗決定了封裝選擇和散熱要求。
圖3：60W反激評估硬件測量100×35mm。
該設計示例涵蓋了功能性CCM反激式設計的基本組件計算。然而，初始估計通常需要迭代計算才能進(jìn)行微調。同樣，在變壓器設計和控制環(huán)路穩定等領(lǐng)域，通常需要更多的細節工作，來(lái)獲得良好、優(yōu)化的反激。
作者：John Betten，德州儀器
本文轉載自電子技術(shù)設計。
