導(dǎo)語：書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。這是學(xué)院派的教誨，也適用社會(huì)行業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)。電源行業(yè)知識(shí)高深，技術(shù)竅門更是難以管中窺豹，自此勤勤懇懇，孜孜不倦儼然成為入行或已入行人士的學(xué)習(xí)態(tài)度，在電源網(wǎng)論壇待得久的網(wǎng)友知道，論壇大俠無處不在，時(shí)而冒出的行業(yè)知識(shí)總結(jié) 和經(jīng)典設(shè)計(jì)，更是難以獲得的絕佳學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，鑒于論壇好帖被網(wǎng)友多次頂起與看好，小編決定向大俠學(xué)習(xí)，每日一課，整理大俠經(jīng)典之帖，讓大俠的經(jīng)典更遠(yuǎn)流傳，讓行業(yè)的知識(shí)更深傳達(dá)，工程師們，開始孜孜不倦吧!

PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)之變壓器設(shè)計(jì)，來自大俠“ javike”的精華帖。----小編語

【電源網(wǎng)論壇原帖】PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)之一——變壓器設(shè)計(jì)

目前比較流行的低成本、超小占用空間方案設(shè)計(jì)，基本都是采用PSR原邊反饋反激式。通過原邊反饋穩(wěn)壓省掉電壓反饋環(huán)路(TL431和光耦)和較低的EMC輻射省掉Y電容。不僅省成本而且省空間，得到很多電源工程師采用。但是，目前針對(duì)PSR原邊反饋開關(guān)電源方案設(shè)計(jì)的相關(guān)信息在行業(yè)中很欠缺。

下面結(jié)合實(shí)際，講講我對(duì)PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)的“獨(dú)特”方法——以實(shí)際為基礎(chǔ)。

要求條件：

全電壓輸入，輸出5V/1A，符合能源之星2之標(biāo)準(zhǔn)，符合IEC60950和EN55022安規(guī)及EMC標(biāo)準(zhǔn)。

因充電器為了方便攜帶，一般都要求小體積，所以針對(duì)5W的開關(guān)電源充電器一般都采用體積較小的EFD-15和EPC13的變壓器，此類變壓器按常規(guī)計(jì)算方式可能會(huì)認(rèn)為CORE太小，做不到，如果現(xiàn)在還有人這樣認(rèn)為，那你就OUT了。

磁芯以確定，下面就分別講講采用EFD15和EPC13的變壓器設(shè)計(jì)5V/1A 5W的電源變壓器。

1、 EFD15變壓器設(shè)計(jì)

目前針對(duì)小變壓器磁芯，特別是小公司基本都無從得知CORE的B/H曲線，因PSR線路對(duì)變壓器漏感有所要求。

所以從對(duì)變壓器作最小漏感設(shè)計(jì)入手：

已知輸出電流為1A，5W功率較小，所以銅線的電流密度選8A/mm2,

次級(jí)銅線直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

通過測(cè)量或查詢BOBBIN資料可以得知，EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。

因次級(jí)采用三重絕緣線，0.4mm的三重絕緣線實(shí)際直徑為0.6mm.

為了減小漏感把次級(jí)線圈設(shè)計(jì)為1整層，次級(jí)雜數(shù)為：9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts.

因IC內(nèi)部一般內(nèi)置VDS耐壓600~650V的MOS，考慮到漏感尖峰，需留50~100V的應(yīng)力電壓余量，所以反射電壓需控制在100V以內(nèi)，

得：(Vout+VF)*n<100,即：n<100/(5+1),n<16.6,

取n=16.5,得初級(jí)匝數(shù)NP=15*16.5=247.5

取NP=248，代入上式驗(yàn)證，(Vout+VF)*(NP/NS)<100,

即(5+1)*(248/15)=99.2<100,成立。

確定NP=248Ts.

假設(shè)：初級(jí)248Ts在BOBBIN上采用分3層來繞，因多層繞線考慮到出線間隙和次層以上不均勻，需至少留1Ts余量(間隙)。

得：初級(jí)銅線可用外徑為：9.2/(248/3+1)=0.109mm，對(duì)應(yīng)的實(shí)際銅線直徑為0.089mm，太小(小于0.1mm不易繞制)，不可取。

假設(shè)：初級(jí)248Ts在BOBBIN上采用分4層來繞，

初級(jí)銅線可用外徑為：9.2/(248/4+1)=0.146mm，對(duì)應(yīng)的銅線直徑為0.126mm，實(shí)際可用銅線直徑取0.12mm。

IC的VCC電壓下限一般為10~12V，考慮到至少留3V余量，取VCC電壓為15V左右，

得：NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts.

因PSR采用NV線圈穩(wěn)壓，所以NV的漏感也需控制，仍然按整層設(shè)計(jì)，

得：NV線徑=9.2/(38+1)=0.235mm, 對(duì)應(yīng)的銅線直徑為0.215mm，實(shí)際可用銅線直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線并饒。

到此，各線圈匝數(shù)就確定下來了。

下面來確定繞線順序：

因要工作在DCM模式，且采用無Y設(shè)計(jì)，DI/DT比較大，變壓器磁芯研磨氣隙會(huì)產(chǎn)生穿透力強(qiáng)雜散磁通導(dǎo)致線圈測(cè)試渦流，影響EMC噪音，所以需先在BOBBIN上采用0.1mm直徑的銅線繞滿一層作為屏蔽，且引出端接NV的地線。

繞完屏蔽后，保TAPE1層;

再繞初級(jí)，按以上計(jì)算的分4層繞制，完成后包TAPE 1層;

為減小初次級(jí)間的分布電容對(duì)EMC的影響，再用0.1mm的線繞一層屏蔽，包TAPE 1層;

再繞次級(jí)，包TAPE 1層;

再繞反饋，包TAPE 2層。

可能有人會(huì)說：怎么沒有計(jì)算電感量?

因前面說了，CORE的B/H不確定，所以得先從確定飽和AL值下手。

把變壓器CORE中柱研磨一點(diǎn)，然后裝上以上方式繞好的線圈裝機(jī)，并用示波器檢測(cè)Rsenes上的波形，見下圖中R5.

輸入AC90V/50Hz，慢慢加載，觀察CORE有沒有飽和，如果有飽和跡象，拆下再研磨……直到負(fù)載到1.1~1.2A剛好出現(xiàn)一點(diǎn)飽和跡象。(此波形需把波形放大到滿屏觀察最佳)

接下來，拆下變壓器測(cè)量電感量，此時(shí)所測(cè)得的電感量作為最大值依據(jù)，再根據(jù)廠商制造能力適當(dāng)留+3%~+5%的誤差范圍和余量，如：測(cè)量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH.

驗(yàn)證以上參數(shù)變壓器BOBBIN的繞線空間:

已知：E1和E2銅線直徑為0.1mm,實(shí)際外徑為0.12mm;

NP銅線直徑為0.12mm,實(shí)際外徑為0.14mm;

NS銅線直徑為0.4mm,實(shí)際外徑為0.6mm;

TAPE采用0.025mm厚的麥拉膠紙。

A.

NV若采用銅線直徑為0.2mm,實(shí)際外徑為0.22mm

線包單邊厚度為：E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.22+0.025*2=1.77mm.

B.

NV若采用銅線直徑為0.1mm雙線并饒,實(shí)際外徑為0.12mm

線包單邊厚度為：E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.12+0.025*2=1.67mm.

測(cè)量或查EFD15的BOBBIN的單邊槽深為2.0mm，

所以以上2種方式繞制的變壓器都可行。

2. EPC13的變壓器設(shè)計(jì)

依然沿用以上設(shè)計(jì)方法，

測(cè)量或查BOBBIN資料可得EPC13 BOBBIN幅寬為6.8mm，

次級(jí)匝數(shù)為：6.8/0.6=11.3Ts,取11Ts.

初級(jí)匝數(shù)為：11*16.5=181.5Ts,取182Ts.

反饋匝數(shù)為：15/(5+1)*11=27.5Ts,取28Ts.

EPC13的繞線方式同EFD15，再這里就不再重復(fù)了。

以上變壓器設(shè)計(jì)出的各項(xiàng)差數(shù)是以控制漏感為出發(fā)點(diǎn)的，各項(xiàng)參數(shù)(肖特基的VF,MOS管的電壓 應(yīng)力余量等)都是零界或限值，實(shí)際設(shè)計(jì)中會(huì)因次級(jí)繞線同名端對(duì)應(yīng)輸出PIN位出現(xiàn)交叉，或輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠?，或供?yīng)商的制程能力，都會(huì)使次級(jí)線圈減少1~2圈，對(duì)應(yīng)的初級(jí)和反饋也需根據(jù)匝比減少圈數(shù);另目前市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致制造商把IC內(nèi)置MOS管的VDS耐壓減小一點(diǎn)來節(jié)省成本，為保留更大的電壓應(yīng)力余量，需再減少初級(jí)匝數(shù);以上的修改都會(huì)對(duì)EMC輻射造成負(fù)面影響，對(duì)應(yīng)的取舍還需權(quán)衡，但前提是必須使產(chǎn)品工作在DCM模式。

從08年市場(chǎng)上推出PSR原邊反饋方案到現(xiàn)在我一直都有在用此方案設(shè)計(jì)產(chǎn)品，回顧看看，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了很多不同品牌的PSR方案，但相對(duì)以前剛推出的 PSR控制IC來說，有因市場(chǎng)反映不良而不斷改進(jìn)的部分，但也有因?yàn)閻盒愿?jìng)爭(zhēng)而COST DOWN的部分。主要講講COST DOWN的部分。

因受一些品牌在IC封裝工藝上的專利限制，所以目前大部分的內(nèi)置MOS的IC(不僅是PSR控制IC，也包括PWM 控制IC)采用的是在基板上置入控制晶圓和MOS晶圓，之間用金線作跳線連接，這樣就有2個(gè)問題產(chǎn)品了：

1. 金線帶來的EMC輻射;

2. 研制控制晶圓的公司可以自己控制控制晶圓的成本，但MOS晶圓一般采用的從MOS晶圓生產(chǎn)上購(gòu)買，這樣一來，MOS晶圓的成本控制也成為IC成本控制的案上肉;

輻射可以采用優(yōu)化設(shè)計(jì)來控制，但MOS晶圓的COST DOWN的路徑來源于降低其VDS的耐壓，目前已有很多不同品牌的IC將VDS為650V的內(nèi)置MOS降到620~630V，甚至560~600V。這樣一來，只控制漏感降低VDS峰值電壓是不夠的，所以還需為VDS保留更大的電壓應(yīng)力余量。

以EPC13為實(shí)例，講講優(yōu)化設(shè)計(jì)后的變壓器設(shè)計(jì)：

方法同上。

先計(jì)算出次級(jí);

因考慮到輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠芑蜉敵鼍€與BOBBIN PIN位交叉，所以需預(yù)留1匝空間，得，

次級(jí)匝數(shù)為：6.8/0.6-1=10.3，取10Ts.

再計(jì)算初級(jí)匝數(shù);

因考慮到為MOS管留更大的電壓應(yīng)力余量，所以反射電壓取之前的75%

得：(Vout+VF)*n<100*75%,

輸出5V/1A,采用2A/40V的肖特基即可，2A/40V的肖特基其VF值一般為0.55V。

代入上式得：n<13.51,

取13.5，得NP=10*13.5=135Ts.

代入上式驗(yàn)證(5+0.55)*(135/10)=74.925<75,成立。

確定NP=135Ts.

下面再計(jì)算反饋匝數(shù)，

依然取反饋電壓為15V，

得，15/(5+0.55)*10=27Ts.

溫馨提示：

PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)之變壓器設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)為一個(gè)系列。

PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)之變壓器設(shè)計(jì)

PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)之電路設(shè)計(jì)