摘要 : 本教程讨论如何为 iso buck 转换器选择变压器，并回顾为什么我们使用MAX17681/MAX17682 数据表中的简化公式。它还概述了隔离降压转换器的基本原理。
介绍选择变压器可能是设计隔离降压转换器的关键过程。本教程讨论了隔离降压转换器的工作原理、选择变压器时要关注的参数、这些参数如何影响变压器的选择以及变压器如何影响电路参数。
隔离降压转换器如何工作？就像降压转换器一样，图 1显示了 iso 降压拓扑。通过用变压器代替降压电路中的电感器，得到一个 iso 降压转换器。变压器二次侧有独立接地。 图 1. Iso-buck 拓扑
在开启期间，高边开关 (QHS) 开启，低边开关 (QLS) 关闭，变压器励磁电感 (LPRI) 充电。框图（图 2）中的箭头表示电流流向。变压器初级电流线性增加。当前的斜坡斜率取决于 (V IN - V PRI ) 和 LPRI。次级侧二极管 (D1) 在此时间间隔内反向偏置，负载电流从 C OUT流向负载。 图 2. 开启周期等效电路
在关断期间（图 3），QHS 关断，QLS 导通，变压器初级侧电感放电。初级电流从 QLS 流向地，D1 正向偏置，次级电流 (N SEC ) 从次级线圈流向 C OUT和负载。C OUT在此期间充电。（关闭QHS和开启QLS不能改变电流方向，只会改变电流斜率。正电流减小直到0A，然后负电流增加）。 图 3. 关闭周期等效电路
哪个规格会影响变压器？在设计转换器时，应声明和定义一些规范，因为它将决定使用哪个组件，尤其是在变压器中。 - 输入电压范围
- 输出电压
- 最大占空比
- 开关频率
- 输出电压纹波
- 输出电流
- 输出功率
最大占空比 (D) 通常指定在 0.4 到 0.6 的范围内。最小输入电压 (V IN_MIN ) 和最大占空比决定了初级输出电压 (V PRI )。初级输出电压和输出电压 (V OUT ) 决定了变压器的匝数比。 输出电流 (I OUT ) 和输出功率 (P OUT ) 是影响变压器选择的关键参数。输出电流有助于确定铜线的厚度，输出功率决定了使用哪种变压器骨架。骨骼的渗透性表明它可以储存多少能量，可以输出多少能量。一般而言，直流输出电流乘以一个系数，就被赋予了电感（变压器）的纹波电流。占空比和开关频率用于计算 T ON时间，而 V IN、 V PRI和纹波电流决定初级电感。分配的系数不能太大或太小，因为大的系数会导致大的纹波电流。较大的纹波电流可能会导致 H 桥电流限制的一半，这可能会损坏 MOSFET。由于其 ESR 和 ESL，较大的纹波电流会导致输出电容器上出现较大的纹波电压。相反，当需要极小的纹波电流时，请使用电感量大的电感器（变压器）。这将是一个带有大尺寸变压器绕组的大骨架。大电感会限制环路带宽和环路响应性能。 选择变压器显然，能量仅在 T OFF时间内转移到次级。匝数比可以通过以下等式确定： ![]() （等式1）
其中 VD 是二极管 (D1) 的正向偏置电压。对于 Vpri，分配 0.4 到 0.6 范围内的最大占空比。Vpri 可以通过以下等式计算： ![]() （等式2）
其中 D 是最大占空比，V IN_MIN是最小输入电压。根据公式 2，计算匝数比。由于电感遵循伏秒平衡低，因此所需的电感由以下公式计算，以 T ON时间为单位： ![]() （等式3）
其中 f 是开关频率，ΔI 是纹波电流。如前所述，纹波电流等于直流输出电流乘以一个系数： ![]() （等式4）
其中K是系数。但在 iso 降压转换器拓扑中，有一个变压器而不是电感器。我们如何处理这个问题？电流比与匝数比成反比： ![]() （等式5）
其中 Ipri toff是次级电流，在 T OFF时间内转换并传输到初级侧。一次侧和二次侧电流之和可视为等效电感电流。 ![]() （等式6）
其中 ILeq 是等效电感电流。如果变压器还有三个绕组，则为以下等式： ![]() （等式7）
但这是正确的吗？让我们用基于MAX17682的仿真结果来验证一下。图 4显示了用 SIMPLIS 绘制的 MAX17682 典型电路的屏幕截图。电流探头 IPRI 和 ISEC1 放置在变压器 T1 的两侧。 图 4. SIMPLIS 中的 MAX17682 典型电路。
图 5是两个探头产生的瞬态仿真的屏幕截图。通过使用上述等式添加了两个电流波形。
图 5. MAX17682 典型电路的仿真电流波形。
显然，添加的电流（青色）会产生三角波，就像非 ISO 降压转换器中的电感器一样。然后可以很容易地计算出变压器初级 ΔI：
![]() （等式8）
通常，分配的负载电流纹波是直流输出电流的 0.2 倍。K 可以指定为 0.2 倍 Nsec/Npri。同时，应保证初级峰值电流小于限流开关。Ipk 在哪里：
![]() （等式9）
变压器初级电感可以很容易地计算为：
![]() （等式10）
通过使用匝数比、初级电感、输出功率、输出电流和隔离电压参数，可以决定电感设计。
为什么简化方程有效？选择电感时，使用 MAX17682 数据资料 (图 6 ) 可能存在一些不确定性。让我们看看如何更好地理解它并将其用于我们的应用程序。
图 6. MAX17682 数据表公式。
根据上面的例子，等式 10 可以重写为遵循这个等式的 T OFF时间。
![]() （等式11）
假设 D 为 0.6，当且仅当 ΔI 为 0.4A 时，多项式 (1 - D) 和 ΔI 会减少。那么等式 11 和图 6 中的等式是相同的。数据表中的公式已经选择了初级纹波电流。如果我们将 D 指定为 0.6，则初级纹波电流为 0.4A。在数量上，T OFF占空比等于初级纹波电流。
![]() （等式12）
结论通过使用图 6 所示的简化公式，用户可以确保更快的设计，其初级纹波电流等于 Toff 占空比。如果您想修改初级纹波电流或使用其他参数，本教程讨论了如何实现。
| 
9
/6 
工商网监
湘ICP备2023018690号
9513
淘帖
0
赞
回复
显身卡
