一种准谐振反激变换器的变压器设计方式

摘要：介绍了准谐振反激变换器的基本工作原理，并对准谐振反激式变换器和普通反激式变换器的拓扑和波形进行了比较。根据准谐振反激变换器驱动与开关波形，分析了准谐振反激式变换器的工作周期。详细介绍了准谐振反激变换器中变压器设计所需的参数及参数的确定方法，并由这些参数计算出反激变压器设计所需的指标。

关键词：准谐振 反激变换器 变压器

1 引言

反激式变换器（Flyback Converter）由于其简单的拓扑和低廉的成本经常被用作LED的驱动，准谐振反激式变换器（quasi-resonant Flyback Converter）类似于传统的反激变换器但是由于能够基本上实现零电压开通（ZVS），减少了开关损耗，降低了电磁干扰，提高了开关频率，因此越来越受到电源设计者特别是LED驱动设计者的关注。但是由于它是工作在变频模式，因此导致诸多设计参数的不确定性，本文给出了一种确定设计参数较为实用的确定方法。为了面向LED驱动应用的广泛需求，国际知名IC企业也推出了相应的准谐振反激式变换器的控制芯片，例如安森美的NCP120

7、英飞凌的ICL8001G等。这些芯片相对于传统的反激式变换器，加入准谐振技术，在实现开关管的零电压开通的同时又保留了反激式变换器所固有的拓扑和低廉的成本。因此，准谐振反激式变换器在低功率LED驱动市场可能具有广阔的应用前景。但是，由于变换器的工作频率会随着输入电压及负载的轻重变化而变化，这就给设计中一些重要的参数确定造成一些困难。本文将从原理拓扑入手，重点介绍变压器的设计，详细介绍准谐振反激式变换器的主要参数设计。

2 准谐振反激变换器原理描述

准谐振反激式变换器原理图1所示。

由图2可见，当副边绕组中的能量释放完毕之后（即变压器磁通完全复位），在开关管的漏极出现正弦波振荡电压，振荡频率由Lp、Cp决定，衰减因子由Rp决定。对于传统的反激式变换器，其工作频率是固定的，因此开关管再次导通有可能出现在振荡电压的任何位置（包括峰顶和谷底）。由于开关管导通时流过的电流较大，此时开关管上的电压又较高，会极大地增加开关器件的热耗，降低电源驱动的转换效率和开关管的可靠性。但是，如果控制开关管每次都是在振荡电压的谷底导通，如图3所示，那么就可以实现零电压导通（或是低电压导通），此时开关管上的热耗很低或为零，这必将减少开关损耗，降低EMI噪声。实现这一点只要通过控制芯片增加磁通复位检测功能（通常是检测辅助绕组来实现），以便在检测到振荡电压达到最低点时打开开关管，就能实现零电压开通。这就是准谐振反激式变换器的工作原理。但是由于每次开关开通的时间不固定，造成了工作频率是变化，从而影响了此类LED驱动电路设计参数的确定。

3 变压器设计

首先为了能够完成变压器的设计，我们必须确定几个参数：最小输入电压Vinmin：根据实际的输入电压及其最小值确定。输入功率Pin：根据实际输入功率或由输出功率Pout和预计的转换器的效率η折算而来。开关频率fs：对于准谐振模式，工作频率是变化的，在设计时，应该以最小的工作频率来确定其它相关参数，因此，fs在这里亦表示系统最小的工作频率。它的确定须从两方面考虑，一方面为了采用较小尺寸的变压器，必须提高fs；另一方面为了降低开关损耗以及减少EMI噪声，fs应取得小些。折衷考虑，通常取fs的范围是25KHz-50KHz。漏源分布电容Cp：开关关断时Cp与初级绕组的漏感Llk形成第一个谐振电路，与初级绕组的电感Lp形成第二个谐振电路。第一个谐振电路在开关管关断时产生尖峰电压，因此决定着开关管上的最高电压；第二个谐振电路决定着前文提到的Toff2。Cp的确定可分两种情况，一是开关管的漏极没有额外增加电容，Cp只包括MOSFET的漏源极间电容COSS和其它一些分布电容，这种情况下，Cp可用COSS来近似地表示。第二种情况是开关管的漏极额外增加了一个电容CD，此时Cp包括CD以及COSS等杂散电容。有了以上4个参数的确定，我们就可以来设计准谐振反激式变压器了。由图4可以看出准谐振反激式变换器的一个完整工作周期为：

以上计算都与一般反激式变换器变压器的参数设计相同，但当次级绕组中的能量释放完毕之后，次级绕组将停止导通，初级绕组上的折射电压VOR也将消失。由于初级电感量LP和开关管漏极电容CP以及电阻构成一个RLC谐振电路。

4 结语

准谐振反激式变换器的变压器设计具有其自身的特殊性，它的关键参数的确定不但需要理论等式的计算，还需要实际调试和修正，通过不断的计算、调试经过反复的迭代，才能确定较为合理的参数，充分发挥准谐振反激式变换器的高效率、低EMI、高性价比的优势。

参考文献

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