单端反激式开关稳压电源在设计开关变压器参数时的计算极为关键,设计中应尽量使开关管导通期间变压器所储存能量等于功率开关管关闭期间变压器所释放的能量,提高开关变压器的利用率,从而提高电路的转化效率。开关变压器的设定主要取决于初级线圈电感量和线圈的饱和电流两方面。开关变压器初级绕组的电感值须大于临界电感值(即当功率开关管截止期结束时,功率开关变压器中存储的能量正好释放完毕时开关变压器初级绕组所对应的电感值)[3]。此外,开关变压器还应满足其线圈中的电流不能超过线圈自身饱和电流,因为一旦造成线圈中电流饱和,能量将不能存储在变压器的铁芯中,进而传输到次级端,而会被消耗在铁芯中。
本设计中开关变压器选取为VP-0047-R,它具有体积小、自身电阻低、低噪声和紧耦合性等优点。VP-0047-R有六个独立绕组,每个绕组的电感量和饱和电流分别为3.8 μH和2.81 A,并可以根据需求的不同而连接成初次级线圈比不同的变压器。设计中将此变压器设置为初、次级线圈比为4∶1。其中初级线圈为四个绕组的串联形式,则初级线圈的电感量是60.8 μH。次级线圈为两个绕组的并联形式,这种连接可增大绕组的饱和电流,避免次级线圈在输出电流较大时饱和。
2.3 功率开关管及钳位电路设计
开关管的选取主要由漏源之间的耐压值以及最大漏极电流决定。由于在开关管关断的瞬间,变压器产生的漏感将生成尖峰脉冲电压,并且在初级线圈上也会有感应电压生成,这些都会叠加在直流输入电压VIN上。而在开关管导通时,功率开关变压器初级绕组的充电电流将产生尖峰电流,所以功率开关管的漏极电流应大于该尖峰电流。设计中Q1选择Si7464DP。
为了减少漏感对电路产生的影响,并吸收已经由漏感产生的尖峰电压,在开关管的漏极设计了钳位保护电路。通常钳位电路的形式有DZ、RCD以及RC等,考虑到电路的简单和小型化,本设计采用RC钳位电路,即图1中的电阻R8和电容C6,取值为66 Ω和150 pF。在Q1截止的瞬间,储存在漏感中的能量通过电容C6后,就被电阻R8消耗掉了。钳位电路的设计非常必要,尤其在输出电流较大的情况下,可通过钳位电路将漏感吸收,从而保证输出电压的稳定。
3 测试结果与分析