本教程討論如何為iso降壓轉換器選擇變壓器，并回顧為什么使用MAX17681/MAX17682數據資料中的簡化公式。它還概述了隔離式降壓轉換器的基本原理。

介紹

選擇變壓器可能是設計隔離式降壓轉換器的關鍵過程。本教程討論隔離式降壓轉換器的工作原理、選擇變壓器時應關注的參數、這些參數如何影響變壓器的選擇以及變壓器如何影響電路參數。

隔離式降壓轉換器如何工作？

與降壓轉換器一樣，圖1顯示了iso降壓拓撲。通過用變壓器代替降壓電路中的電感，得到一個iso降壓轉換器。變壓器二次側有獨立的接地。

圖1.等降壓拓撲。

在導通期間，高端開關 （QHS） 導通，低端開關 （QLS） 關閉，變壓器磁化電感 （LPRI） 充電。框圖中的箭頭（圖2）顯示了當前的流動方向。變壓器初級電流線性增加。電流斜率取決于（V在， w普里普利）和LPRI。次級側二極管（D1）在此時間間隔內反向偏置，并加載來自C的電流外加載。

圖2.在周期等效電路上。

在關斷期間（圖3），QHS關閉，QLS導通，變壓器初級側電感放電。初級電流從QLS流向地，D1正向偏置，次級電流（N秒） 從第二側線圈流向 C外和加載。C外在此期間充電。（關閉QHS并打開QLS不能改變當前方向，它只會改變當前斜率。正電流減小直到0A，然后負電流增加）。

圖3.關斷期等效電路。

哪種規格會影響變壓器？

在設計轉換器時，應聲明和定義一些規格，因為它將決定將使用哪個組件，特別是在變壓器中。

輸入電壓范圍

輸出電壓

最大占空比

開關頻率

輸出電壓紋波

輸出電流

輸出功率

最大占空比（D）通常在0.4至0.6的范圍內分配。最小輸入電壓（VIN_MIN）和最大占空比決定了初級輸出電壓（V普里普利）。初級輸出電壓和輸出電壓（V外） 確定變壓器匝數比。

輸出電流（I外）和輸出功率（P外） 是影響變壓器選擇的關鍵參數。輸出電流有助于確定銅線的粗細，輸出功率決定使用哪種變壓器骨架。骨架的滲透性表明它可以儲存多少能量，以及它可以輸出多少能量。通常，直流輸出電流乘以系數分配給電感器（變壓器）的紋波電流。占空比和開關頻率用于計算 T上時間，而 V在/ 5普里普利，紋波電流決定初級電感。分配的系數不能太大或太小，因為較大的系數會導致較大的紋波電流。較大的紋波電流可能導致 H 橋電流限值減半，這可能會損壞 MOSFET。由于其ESR和ESL，較大的紋波電流將導致輸出電容器上的紋波電壓較大。相反，當需要極小的紋波電流時，請使用大電感電感器（變壓器）。它將是一個大骨架，變壓器繞組的尺寸很大。大電感將限制環路帶寬和環路響應性能。

選擇變壓器

顯然，能量僅在 T 中轉移到次級關閉時間。匝數比可以通過以下公式確定：

（公式1）

其中VD是二極管（D1）正向偏置電壓。對于 Vpri，指定的最大占空比范圍為 0.4 到 0.6。Vpri 可以通過以下公式計算：

（公式2）

其中 D 是最大占空比，VIN_MIN是最小輸入電壓。根據公式2，計算匝數比。由于電感器遵循伏秒平衡低電平，因此所需的電感由以下公式（以T為單位）計算上時間：

（公式3）

其中f是開關頻率，ΔI是紋波電流。如前所述，紋波電流等于直流輸出電流乘以系數：

（公式4）

其中 K 是系數。但在iso降壓轉換器拓撲中，有一個變壓器而不是電感器。我們該如何處理？流動比率與匝數比率成反比：

（公式5）

哪里 伊普里托夫是次級電流，在T期間轉換并轉移到初級側關閉時間。初級側和次級側電流的總和可視為等效電感電流。

（公式6）

其中ILeq是等效電感電流。如果變壓器還有三個繞組，則等式如下：

（公式7）

但這是正確的嗎？讓我們用基于MAX17682的仿真結果來驗證它。圖4所示為MAX17682典型電路的屏幕截圖。電流探頭IPRI和ISEC1放置在變壓器T1的兩側。

圖4.MAX17682典型電路，采用單程計算

圖5是兩個探頭產生的瞬態仿真的屏幕截圖。使用上述公式將兩個電流波形相加。

圖5.MAX17682典型電路的仿真電流波形

顯然，增加的電流（青色）會產生三角波，就像非ISO降壓轉換器中的電感一樣。然后可以輕松計算變壓器初級ΔI：

（公式8）

通常，分配的負載電流紋波是直流輸出電流的0.2倍。K 可以分配給 0.2 倍 Nsec/Npri。同時，應保證初級峰值電流小于限位開關。Ipk 在哪里：

（公式9）

變壓器初級電感的計算公式為：

（公式10）

通過使用匝數比、初級電感、輸出功率、輸出電流和隔離電壓參數，可以決定電感器設計。

為什么簡化方程有效？

選擇電感時，使用MAX17682數據資料（圖6）可能存在一些不確定性。讓我們看看如何更好地理解它并將其用于我們的應用程序。

圖6.MAX17682數據資料公式

根據上面的例子，公式10可以重寫為遵循T的這個方程。關閉時間。

（公式11）

假設 D 為 0.6，當且僅當 ΔI 為 0.4A，多項式 （1 - D） 和 ΔI 減少。然后，公式11和圖6中的公式相同。數據表中的公式已經選擇了初級紋波電流。如果我們將D指定為0.6，則初級紋波電流為0.4A。在數量上，T關閉占空比等于初級紋波電流。

（公式12）

結論

通過使用圖6所示的簡化公式，用戶可確保設計速度更快，初級紋波電流等于Toff占空比。如果要修改初級紋波電流或使用其他參數，本教程討論了如何實現該電流。

審核編輯：郭婷