1）應用最多的變換器

生產數量、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

硬開關、電壓應力、電流應力、磁利用率、EMC應力

4）任務最重的變換器

安規隔離
、寬電壓應用、PFC應用
，待機

5）最簡單的變換器

還有比它更簡單的隔離變換器

？集成度越來越高
、元件越來越少，做出來很容易
，做好呢
？

 

 

●比別人做的好

●沒有比這個更好

●為什麼我做的總沒別人做的好

●為什麼有那麼幾個人做出來的反激就是明顯比別人好

●我手上這個還能不能更好

●如果能證明這個不可能更好
，那就是最好

 

效率、成本、安全、電磁兼容性、待機、能效
、可靠性、穩定性、保護
、體積（功率密度）、超薄
、精度、紋波、電壓調整率、負載調整率、交叉調整率、溫度
、壽命
、功率因數
、總諧波。

 

 

●效率做起來，才談得上其他的

●先做好效率，再說其餘

●犧牲效率的設計不是好設計

●效率是一點一點摳出來的

●對效率的追求，永遠是值得的

●多花點時間優化效率，就是效率

 

 

●很多人以88%為標準

，幾年前的標準

●估計現在能批量出貨的應該在90%以上，才有競爭力

●有的人輕易就能做到91、92%以上去

●還有個別人，一不小心就做到93%以上去

 

 

●覺得太高？那就93%
，不能再低了

●這是一個在特定情況下可以實現的整機效率

●這是一個難以實現的整機效率。

●即使沒能實現
，我們也應該知道自己的差距

●即使沒能實現，我們也應該知道為什麼沒能實現
，是哪些因素導致的

 

 

1.漏感

 

●漏感問題是反激變換器的基本問題。漏感是硬傷。要實現高效率
，控製漏感是重頭戲。先做好漏感
，再說其餘。

●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，其他變換器沒有的。

 

2.較大的峰值電流 Ipk

 

●反激的峰值電流較之其他拓撲更大，原因是其儲能/釋能這種間歇工作模式決定的，占空比較小。

●臨界模式、斷續模式、PFC控製、寬電壓應用更加劇了峰值電流應力。

●峰值電流決定一個反激變壓器的磁應力


，導致磁利用率較低。

●峰值電流還與開關（以及副邊二極管）導通損耗直接相對應。

 

3.較高的原邊電壓應力

 

●反激的原邊電壓應力較之其他拓撲更大，原因是反射電壓
、漏感尖峰電壓疊加在輸入電壓上
，導致開關電壓應力為輸入電壓的1.5～2倍。

 

●導致：

 

a）硬開關動作的損耗劇增（因各種寄生電容導致的損耗增加2～4倍）

b）開關內寄生二極管反向恢複電流激增（導致關斷損耗激增）。

c）必須使用耐壓高出1.5～2倍的開關，其飽和壓降大幅度提高
，導通損耗劇增。

 

4.更高的副邊二極管電壓應力

 

●反激的副邊二極管電壓應力更是增加得離譜，按市電AC/DC變換的典型參數，這個電壓應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。

●導致：

 

a）二極管翻轉動作的損耗劇增（因各種寄生電容導致的損耗增加10～30倍）

b）二極管反向恢複電流激增（不要相信此處沒有反向恢複的說法）

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
，導通損耗劇增

 

 

高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)反(fan)激(ji)設(she)計(ji)應(ying)該(gai)比(bi)一(yi)般(ban)設(she)計(ji)更(geng)注(zhu)意(yi)仔(zai)細(xi)追(zhui)究(jiu)拓(tuo)撲(pu)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)對(dui)效(xiao)率(lv)的(de)極(ji)限(xian)追(zhui)求(qiu)也(ye)是(shi)對(dui)其(qi)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)的(de)極(ji)限(xian)追(zhui)求(qiu)，要(yao)讓(rang)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)處(chu)於(yu)最(zui)明(ming)確(que)
、最舒適、最能揚長避短、最能發揮到極限的環境。

 

1.選擇一個較軟的拓撲控製模式。準諧振（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、無損鉗位模式
、Sepic模式等，由於技術尚不成熟一般不予考慮。

 

2.輸出電壓較低時，副邊考慮同步整流是好主意。

 

3.盡量考慮采用專用控製芯片
、有口碑的芯片
、原邊控製的芯片。避免使用6562、3842這樣的通用芯片去做反激
，用一大堆運放達成的控製環路更是不可取。不是因為這些芯片不能用，而是要伺候這些芯片是很難受的。

 

4.認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，過渡模式（CCM模式）的必要性，限流模式（OCP模式）的必要性
，控製轉折點設置在哪裏？任何時候都不要讓 Ipk 失控。開機衝擊和短路衝擊對 Ipk 的影響也要考慮。

 

5.認真論證你的最高輸入電壓，市電AC/DC應用按264Vac做顯然是有問題的，小區電壓飆到264Vac以上是經常的。建議按277Vac（必要時再增加一點餘量）考慮。

 

6.認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，並選擇一款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的最高電壓應力、功率應力，還直接關乎假負載的損耗功率。最高輸出電壓就是脫離OVP保護模式後的第一個電壓。

 

 

 

1.輸入回路幹淨利落
，避免熱敏電阻、保險電阻的設計
，矽橋要電流稍大的。共模差模帶來的損耗要斤斤計較，一級兩級、個大個小
、線粗線細之間的差別是很大的。這還涉及EMC設計水平，如何做到用最少的共模差模解決問題？

 

2.開關的選型，MOS最好是外置的，這樣方便選型和控製。內阻（Rdson）盡量小一點
，Cool-MOSc也是可以的。最重要的是耐壓，市電 AC/DC 典型應用，MOS 耐壓首選 650V 的，耐壓更低的應該嗨不住

，耐壓更高的特性急劇惡化，其價格、內阻都是很難接受的。

 

3.驅動能力要足夠
，Rg下拉
、上拉電阻要分開（上拉電阻與二極管並聯後串下拉電阻）。關斷要幹淨利落
，一定不能讓米勒平台出現在 Ipk 位置。

 

4.在高壓端通過電阻實現的電壓采樣、VCC啟動、線電壓補償、安規電容放電等電路是要耗電的。副邊假負載、副邊采樣控製電路也是要耗電的。這些電路要優化，其能耗要追究。

 

5.最敏感的電流采樣、過零（穀底）采樣、FB采樣電路要精心布置
，電路要簡潔，阻抗要匹配，雜散參數影響要小，PCB要安靜。這是因為高效率電路對這些細微的控製有更高的要求

，不能出問題。

 

6.各部波形要正常，沒有奇怪的、離譜的東西。環路、高PFC電路的主要參數要調試好，主要指標 PF 和 THD 要基本達到要求
，工作穩定
，不能有振蕩，在這個前提下做的效率優化才有意義。

 

7.在最後優化效果出來前，（在經驗不足時）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上並聯的電容要取消
、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供電和副邊控製電路用電可考慮用電池組臨時供電。以免這些電路的設置不合理影響主電路運行工況，造成誤判。

 

 

高效率反激變換器大部分設計技巧隱藏在變壓器裏，繞組結構和磁決定變壓（換）器性能是繞組結構在決定運行參數。

 

 

1.繞組結構的約束條件：

 

●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應。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結構
、安規結構的不利影響，耦合要緊密。還需注意氣隙對繞組的影響、磁芯作為導體的影響
，輔助繞組的結構和位置。

 

●整層約束

是降低漏感最重要的措施，技巧是無論如何都要整層密繞、少半匝都不行
，均繞不行

、半層更不行，匝數太少就雙線或多線並繞、或者用與槽寬等寬的銅箔疊繞。

 

繞組結構設計可以歸結為平麵幾何問題。設計目標是漏感最小化、氣隙最小化，需要較多的經驗、技巧
、時間

、智慧、精力才能達成。是反激變換器設計的重點
，也是高效率反激設計的關鍵所在。漏感的設計標杆：1%，否則不能實現高效率。

 

2.繞組結構決定運行參數：

 

●一個繞組結構最終與原邊副邊匝數相對應

，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力（不含尖峰部分）：

 

 

● 有了反射電壓即可算出原邊電流應力：

 

 

●由此得到原邊電感量：

 

 

●基於臨界模式的最大PWM特征周期：

 

 

●與之對應的最低特征頻率和最大占空比：

 

 

3.磁參數優化：

 

1）磁芯選擇

給出一個（PC40材質的）磁功率應力的經驗公式：

 

 

●可由此大致判斷（λ=1）磁芯是否合適。高效率的設計要求磁應力不能太緊張

，也就是變壓器（包括繞組和磁芯）的發熱不要成為整個電源最突出的。當熱應力突出時，應增加磁芯的 Ae.B 或者使用更好的材質。

 

磁芯型號也有影響，骨架槽寬 B 越大於槽深 H 的偏平窗口由於越容易滿足整層約束而更有利於減少漏感。

 

2）磁飽和強度Bs

 

優化方向是Bs值最優化
，約束條件是磁芯品質，可按 Bs（或原邊電感量 Lp）擴大20%～30%餘量後 Ipk 波形可見臨界飽和跡象為判據確定Bs取值。更高的Bs取值，對應更小的氣隙
、更小的漏感，更小的尖峰電壓、可能更高的整機效率。但太高的Bs取值會使上述餘量更小、磁芯的品質控製困難
、成品率降低。

Bs不能靠估計，要實測。Bs有個最佳值，PC40材質，大約為0.3T，偏離這個最佳值都會降低效率。

 

 

4.運行參數優化：

 

1）匝比 Np/Ns
，反射電壓 Vr

 

優化方向是匝比和反射電壓最優化
，約束條件是原邊電壓應力（即MOS管耐壓）。更大的匝比對應更高的反射電壓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、更低的副邊電壓應力Vs（以便使用最低耐壓的肖特基）。但反射電壓太高會導致開關電壓應力及開關損耗增加，抵消以上效應
，應適可而止。

 

2）原邊匝數Np

 

優化方向是原邊匝數最優化，約束條件是磁損和開關損耗。更少的原邊匝數，對應更小的氣隙、更小的漏感絕對值、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、更大的開關損耗、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。根據這些表現，優化到佳值。

 

 

 

一個好的變壓器設計出來以後，需要電路與之配合，才能充分發揮高效率特性。

 

1.鉗位電路

 

尖峰一定是有的，尖峰大小取決於漏感
，鉗位功率也取決於漏感。鉗位二極管耐壓應不低於MOS管耐壓，一般應考慮用快恢複的。避免使用4007、磁珠
、二極管上串電阻，這些東西是要發熱的。鉗位電阻應與鉗位電容配合
，考慮到漏感能量有一部分消耗在開關上，鉗位功率控製在漏感的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驅動上動手腳，增加導通電阻
、減緩導通速率、利用米勒效應轉移功率
、達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

，收獲最高整機效率。即使有過渡到CCM模式，上述導通電阻也應做適應性調整
，采用一個合理取值
，配合RC吸收達成目的。

 

RC吸收是有損吸收
，對於每一個案例、meiyigexishoudianrongzhi

，douyouyigezuijiadianzuzhipeiheshijianfengzuixiaohua，zhaodaozhegedianzuzhi，dachengzuixiaosunhaodexishou。zaiduolushuchushi，zhuyaodehuilucaixuyaoRC吸收（並按上麵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(xi)收(shou)最(zui)佳(jia)配(pei)合(he)後(hou)
，副(fu)邊(bian)二(er)極(ji)管(guan)電(dian)壓(ya)應(ying)力(li)已(yi)經(jing)最(zui)小(xiao)化(hua)了(le)，按(an)此(ci)電(dian)壓(ya)應(ying)力(li)選(xuan)擇(ze)一(yi)款(kuan)最(zui)低(di)耐(nai)壓(ya)的(de)肖(xiao)特(te)基(ji)，即(ji)達(da)成(cheng)最(zui)高(gao)效(xiao)應(ying)用(yong)。即(ji)使(shi)有(you)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)助(zhu)力(li)也(ye)應(ying)如(ru)此(ci)。此(ci)舉(ju)是(shi)提(ti)高(gao)整(zheng)機(ji)效(xiao)率(lv)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)措(cuo)施(shi)之(zhi)一(yi)。

 

 

1.副邊控製電路耗電最小化設計 盡量在 TL431（1～2mA）範圍內解決問題，假負載電流、吸收回路電流亦可利用起來為其供電。避免單獨繞組供電的設計。

 

2.輔助繞組電壓最小化設計 以芯片VCC工況為準

，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，避免為加快啟動而故意增加VCC電流的設計。

 

3.電流采樣電阻Rcs 可能成為PCB板上的熱點
，也就是損耗點。在必須采樣時，應該糾結芯片的采樣閥值設置
，盡量低一點有利效率；否則可適當減小此電阻值，減小熱損失。

 

4.EMC最優化設計 對高效率電源而言，EMC最優化設計的另一個目的是簡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 結構要追究、隔離屏蔽要做好

b

、 PCB 要做好

c、 Y 電容要用兩隻來湮滅偶極子噪音

d
、開關導通速率宜緩不宜急

e
、 共模差模結構要合理

 

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