- 雙開關正激轉換器更易于實現
- 探討雙開關正激轉換器在低待機能耗應用中的設計
- 比較三次繞組、RCD鉗位及雙開關正激等常見的磁芯復位技術；
- 分析雙開關正激轉換器的優勢
- 基于雙開關正激磁芯復位技術的NCP1252固定頻率控制器
摘要：與三次繞組和RCD鉗位等常見變壓器磁芯復位技術相比，雙開關正激技術不需要特殊的復位電路，更易于實現，且保證可靠的磁芯復位，適用的功率等級比單開關正激技術更高。安森美半導體的NCP1252是一款增強型雙開關正激轉換器，具有可調節開關頻率及跳周期模式，帶閂鎖過流保護等多種保護特性，適合計算機ATX電源、交流適配器、UC38xx替代及其它任何需要低待機能耗的應用。
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1) 變壓器匝數比、占空比及勵磁電感
首先計算變壓器在連續導電模式(CCM)下的匝數比N。
根據等式(1)可以推導出等式(2)：
其中，Vout是輸出電壓，η是目標能效，Vbulk min是最小輸入電壓(即350 Vdc)，DCmax是NCP1252的最大占空比，N是變壓器匝數比。
相應我們也可以驗證出高輸入線路電壓(410 Vdc)時最小占空比，見等式(3)：
2) LC輸出濾波器
首先選擇交越頻率(fC)。因開關噪聲緣故，fC大于10 kHz時要求無噪聲布線，難于設計。故不推薦在較高的頻率交越，直接選定fC為10 kHz。
如果我們假定由fC、輸出電容(Cout)及最大階躍負載電流(ΔIout)確定出ΔIout 時的最大壓降(Vout)為250 mV，我們就能寫出下述等式：
我們選擇的是2顆松下FM系列的1,000 µF@16V 電容。從電容規范中解析出：
Ic,rms=5.36 A @ TA=+105 ℃RESR,low = 8.5 mW @ TA = +20 ℃
RESR,high = 28.5 mW @ TA = -10 ℃
接下來，以ΔIout = 5 A 來計算ΔVout ，見等式(7)：
這里有一個經驗法則，就是選擇等式(6)計算出來的值一半的等效串聯電阻(ESR)電容：RESR,max = 22 mW @ 0 ℃。這個規則考慮到了電容工藝變化，以及留出一些電源在極低環境溫度條件下啟動工作時的裕量。
最大峰值到峰值電流(ΔIL)的計算見等式(8)：
要獲取輸出電感值，我們能夠寫出關閉時間期間的降壓紋波電流等式：
對等式(9)進行轉換，就可以得到等式(10)，最終我們選擇27 µH的標準值。
輸出電容的均方根電流(ICout,rms)計算見等式(11)：
其中，額定電感時間常數(τ)的計算見等式(12)：
3) 變壓器電流
經過一系列計算(詳細計算過程參見參考資料3)，可以得到：次級峰值電流(IL_pk)為11.13 A，次級谷底電流(IL_valley)為8.86 A，初級峰值電流(Ip_pk)為0.95 A，初級谷底電流(Ip_valley)為0.75 A，初級均方根電流(Ip,rms)為0.63 A。
4) MOSFET
由于NCP1252是雙開關正激轉換器，故作為開關的功率MOSFET的最大電壓限制為輸入電壓。通常漏極至源極擊穿電壓(BVDSS)施加了等于15%的降額因數，如果我們選擇500 V的功率MOSFET，降額后的最大電壓應該是：500 V x 0.85 = 425 V。我們選擇的功率MOSFET是采用TO220封裝的FDP16N50，其BVDSS為500 V，導通阻抗(RDS(on))為0.434 Ω(@Tj=110℃)，總門電荷(QG)為45 nC，門極至漏極電荷(QGD)為14 nC。
MOSFET的導電損耗、開關導通損耗計算見等式(13)到(14)：
其中，交迭時間(Δt)由下列等式計算得出：
MOSFET的開關關閉損耗見等式(16)：
其中，交迭時間(Δt)由下列等式計算得出：
因此，MOSFET的總損耗為：
5) 二極管
次極二極管D1和D2維持相同的峰值反相電壓(PIV)，結合二極管降額因數(kD)為40%，可以計算出PIV，見等式(19)：
由于PIV<100 V，故能夠選擇30 A、60 V、TO-220封裝的肖特基二極管MBRB30H60CT。
二極管導通時間期間的導電損耗為：
關閉時間期間的導電損耗為：
NCP1252應用設計：NCP1252元件計算
1) 用于選擇開關頻率的電阻Rt
采用一顆簡單電阻，即可在50至500 kHz范圍之間選擇開關頻率(FSW)。假定開關頻率為125 kHz，那么我們就可以得到：
其中，VRt是Rt引腳上呈現的內部電壓參考(2.2 V)。
2) 感測電阻
NCP1252的最大峰值電流感測電壓達1 V。感測電阻(Rsense)以初級峰值電流的20%余量來計算，其中10%為勵磁電流，10%為總公差：
3) 斜坡補償
斜坡補償旨在防止頻率為開關頻率一半時出現次斜坡振蕩，這時轉換器工作在CCM，占空比接近或高于50%。由于是正激拓撲結構，重要的是考慮由勵磁電廠所致的自然補償。根據所要求的斜坡補償(通常為50%至100%)，僅能夠外部增加斜坡補償與自然補償之間的差值。
目標斜坡補償等級為100%。相關計算等式如下：
內部斜坡：
初級自然斜坡：
次級向下斜坡：
自然斜坡補償：
由于自然斜坡補償低于100%的目標斜坡補償，我們需要計算約33%的補償：
由于RcompCCS網絡濾波需要約220 ns的時間常數，故：
4) 輸入欠壓電阻
輸入欠壓(BO)引腳電壓低于VBO參考時連接IBO電流源，從而產生BO磁滯。
NCP1252演示板圖片及性能概覽
NCP1252演示板的詳細電路圖參見參考資料2,其頂視圖和底視圖則見圖3。
