【導(dǎo)讀】學(xué)習(xí)完上一節(jié)的變壓器磁學(xué)部分的計(jì)算，接下來最后一節(jié)我們將討論關(guān)于繞組線徑的選取，其中5.7章節(jié)RCD鉗位電路的設(shè)計(jì)是未完成的，筆者至今沒有很好的計(jì)算方法，大家如果有好的方法歡迎留言探討，相互學(xué)習(xí)。
5.6繞組線徑的選取
由于繞組的損耗來自銅線內(nèi)阻造成的發(fā)熱，所以銅線截面積應(yīng)該按照繞組的有效值電流來算。對(duì)于初級(jí)繞組，其電流波形和開關(guān)管電流波形一致，所以其有效值電流和開關(guān)管有效值電流一樣，有以下公式計(jì)算：
根據(jù)散熱條件、銅線長度的不同，通常將銅線的電流密度選取在4-10A/mm2。由于變壓器繞組通常處于密閉環(huán)境中，一般將電流密度取在4-6A/mm2。有了這一參數(shù)，我們就可以根據(jù)銅線的有效值電流選取線徑了。
5.5.3中計(jì)算得到初級(jí)線圈有效值電流為0.256A，取電流密度為5A/mm2，則所需的導(dǎo)線截面積為：
根據(jù)第二節(jié)的推導(dǎo)，我們得知次級(jí)繞組電流和初級(jí)繞組電流之間服從匝比關(guān)系，即次級(jí)繞組電流的平均值和變化量等于初級(jí)繞組電流平均值和變化量的n倍，n為初次級(jí)匝比，而連續(xù)模式下次級(jí)電流的占空比等于1減去初級(jí)電流占空比，即有如下關(guān)系成立：
將以上關(guān)系式帶入初級(jí)繞組電流有效值的計(jì)算公式中得到次級(jí)繞組電流有效值關(guān)系式如下：
前期回顧：
大牛獨(dú)創(chuàng)（四）：反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法及參數(shù)計(jì)算
大牛獨(dú)創(chuàng)（三）：反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法及參數(shù)計(jì)算
大牛獨(dú)創(chuàng)（二）：反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法及參數(shù)計(jì)算
大牛獨(dú)創(chuàng)（一）：反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法及參數(shù)計(jì)算
[page]
對(duì)于電流較大時(shí)，如果選用單股線徑較粗的銅線，由于高頻電流下的趨膚效應(yīng)，會(huì)造成電流集中在導(dǎo)線邊緣，造成銅線的實(shí)際有效截面積減小，內(nèi)阻增大，銅線損耗增大。這種情況下，一般選用兩股或兩股以上的線徑較細(xì)的銅線并繞，已減小趨膚效應(yīng)的影響。采用多線并繞的另一個(gè)原因是，當(dāng)銅線線徑過粗時(shí)。繞制難度會(huì)增加。實(shí)際情況下，直徑超過1mm的銅線繞制起來就比較麻煩了。
對(duì)于上述計(jì)算得到的銅線截面積，如果我們選用AWG25線(銅線直徑0.4mm，外徑約0.46mm)，那么單股的銅截面積為：
那么大概需要五股這樣的銅線并繞。
5.7RCD鉗位電路的設(shè)計(jì)
開關(guān)管關(guān)斷瞬間，由于變壓器和PCB線路漏感無法耦合到次級(jí)，將在初級(jí)感應(yīng)出一個(gè)很高的電壓尖峰，尖峰電壓和輸入直流電壓、次級(jí)反射電壓一起加在開關(guān)管上，為了防止尖峰電壓擊穿開關(guān)管，必須采取相應(yīng)措施將這個(gè)尖峰電壓鉗位在一定的范圍內(nèi)。
如圖七所示的R4、C5和D3，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷瞬間產(chǎn)生漏感尖峰時(shí)，尖峰電壓和次級(jí)反射電壓疊加，使得D3正偏導(dǎo)通，此時(shí)由于C4上的電壓不能突變；在開關(guān)閉合期間，D3是反偏的，此時(shí)存儲(chǔ)在C5中的部分能量通過R4釋放，因此初級(jí)側(cè)的電壓被鉗位在一個(gè)固定的值附近。
鉗位電路產(chǎn)生的功耗等于鉗位電容上的電壓消耗在鉗位電阻上的功耗，而電容上的電壓等于次級(jí)反射電壓和漏感能量導(dǎo)致的電壓變化量，于是可以得到下式：
漏感的能量全部消耗在鉗位電路中的電阻上，因此有如下關(guān)系式：（暫無）
[page]
其中VC為電容上的平均電壓，T為開關(guān)周期。加上鉗位電路后，開關(guān)管關(guān)斷瞬間及整個(gè)關(guān)斷期間開關(guān)管承受的電壓為輸入直流電壓加上電容上電壓VC(忽略鉗位電路中二極管壓降)，而VC等于次級(jí)反射電壓加上漏感能量導(dǎo)致的電容上升高的電壓。
前面確定占空比時(shí)，我們說過，一般會(huì)為MOS管的電壓應(yīng)力留20%左右的余量，對(duì)于600V的開關(guān)管，我們留下了120V的余量。鉗位電路加入后，漏感能量導(dǎo)致的電容上升高的電壓要占據(jù)余量的一部分。
5.8輸出二極管的選取
輸出二極管為肖特基二極管或快恢復(fù)二極管，廣義上說，肖特基二極管也屬于快恢復(fù)二極管的一種。對(duì)于所承受的反偏電壓小于100V的情況，可以選用優(yōu)先選用肖特基二極管，對(duì)于所承受的反偏電壓大于100V的情況，一般選用快恢復(fù)二極管。
輸出二極管根據(jù)其通過的平均電流和反偏時(shí)承受的電壓來選取。在第一節(jié)基本反激式變換器的原理中已經(jīng)得出，輸出二極管的平均電流等于負(fù)載平均電流。對(duì)于圖七中最大負(fù)載電流2A的情況，輸出二極管的最大平均整流電流理論上大于2A即可。
考慮到二極管在高速電流信號(hào)的作用下，開關(guān)損耗比較嚴(yán)重，加上第三節(jié)討論到的二極管上的出現(xiàn)的振蕩，會(huì)進(jìn)一步加大二極管的損耗，所以在實(shí)際應(yīng)用中，往往選擇最大平均整流電流比最大負(fù)載電流大數(shù)倍的輸出二極管，以減小二極管的溫升。
在第二節(jié)中討論過，開關(guān)管閉合時(shí)，輸出二極管反偏截止，此時(shí)二極管上承受的最大反偏電壓為輸出電壓加上最大初級(jí)反射電壓，如下式：
那么這里可以選取3A/40V或以上型號(hào)的肖特基二極管。圖七中所示的SK34即3A/40V的肖特基二極管。
相關(guān)閱讀：
PCB布局該這么做！150W LED驅(qū)動(dòng)電源拆解學(xué)習(xí)
http://www.freschetta.cn/power-art/80021947
由簡到難，大師教你一步一步設(shè)計(jì)開關(guān)電源
http://www.freschetta.cn/power-art/80021972
大盤點(diǎn)：詳解五種開關(guān)電源PWM反饋控制模式
http://www.freschetta.cn/power-art/80021961
