今天將進行一個較為完整的分析，KRP作為反激變壓器中的靈魂參數，該如何對其進行取舍，值得我們深入探討。

 

首先先對文章當中的將要提到的一些名詞進行解釋。

 

工作模式：即電感電流工作狀態
，一般分DCM
、CCM、BCM三種(定性分析)。

 

KRP：描述電感電流工作狀態的一個量(定量計算)；

 

KRP的意義：隻要原邊電感電流處於連續狀態，都稱之為CCM模式。而深度CCM模式(較小紋波電流)與淺度CCM模式(較大紋波電流)相比較，電感量相差好幾倍，而淺度CCM模式與BCM、DCM模式的各種性能、特點可能更為相似。顯然需要一個合適的參數來描述所有電感電流的工作狀態。通過設置KRP值，可以把變壓器的電感電流狀態與磁性材料、環路特性等緊密聯係起來。我們也可以更加合理的評估產品設計方案，例如：

 

KRP較大時(特別是DCM模式)

，磁芯損耗一般較大(NP較小)，氣隙較小(無氣隙要求，僅滿足LP值)，LP較小，漏感會較大，紋波電流較大(電流有效值較高)

；

 

KRP較小時(特別是深度CCM模式)，磁芯損耗一般較小(NP較大)，氣隙較大(有氣隙要求
，平衡直流磁通)，LP較大，漏感會較小，紋波電流較小(電流有效值較低)；

 

注：KRP較小時，氣隙也是可以做到較小，但這需要更大的磁芯和技巧；

 

KRP較大時
，磁芯損耗也是可以做的較小
，但這同樣需要更大的磁芯和技巧

；

 

這裏說一點題外話，大部分人通常認為，相同磁芯、開關頻率
，DMAX
，DCM模式比CCM模式下的輸出功率更大；其實這是不完全對的(至少不符合實際,因為需要限製DMAX，導致空載容易異常)，原因在於DCM模式下磁芯損耗會超出你的想象(電應力也會如此)；DCM模式下，如果想大幅度降低磁芯損耗
，唯一的方法是增大NP
，而過大的NP會與LP形成現實衝突(DCM模式下，LP一般較小)，造成磁芯氣隙超出你的想象(漏感也會如此)；有沒有方法解決這種現實矛盾?答案應該是肯定的，即選擇合適的磁芯結構，如長寬比小且AE大的磁芯(PQ
、POT係列)，或許會比長寬比大且AE小的磁芯(EER
、EEL係列)更加有優勢。(補充：在DCM模式下，如果限製DMAX，則會比CCM模式下輸出更大的功率)

 

KRP較大時
，增大DMAX可以在一定程度上降低原邊的紋波電流及有效電流值
，但是次級的電流應力會更加惡劣，這種方法(增大/減小DMAX)隻適合平衡初次級的電壓、電流應力
，應該不是一種很好的設計手段。

 

KRP較大時，空載啟動困難，特別是低壓大電流輸出

，且空載無跳頻(寬範圍AC輸入時尤其如此，如3.3V10A
，特別是超低壓輸入)；

 

KRP較小時，開關損耗較大，特別是高壓小電流輸出
，且開關頻率較高(窄範圍AC輸入時尤其如此，如100V0.5A，特別是超高壓輸入)；

 

注：非低壓大電流產品(如12V5A)，KRP較大時，DMAX不能設計的過小，否則空載也會啟動困難，且空載無跳頻(寬範圍AC輸入時尤其如此)；

 

超低壓輸入產品(如12V輸入)，KRP應該較小
，且開關頻率也不能過高，否則LP過小(漏感過大)無法正常工作(或者效率極低)。

 

KRP較大時
，動態響應較快，環路補償比較容易(特別是采用電流模式控製)
；

 

KRP較小時，動態響應較慢，環路補償相對困難(特別是采用電壓模式控製)
；

 

KRP較大時，電感電流斜率較急
，CS采樣端對噪聲影響不明顯；

 

KRP較小時，電感電流斜率較緩
，CS采樣端可能會受到噪聲影響
；

 

注：dianliumoshixinpiantongchanghuibidianyamoshikongzhixinpiandexingnenggengjiayouyi
，danbingfeisuoyouqingkuangxiadoushiruci。ruguoshurudianyajiaogao，shuchugonglvjiaoxiao，dianliumoshixinpiankenengwufajianceCS電壓
，低壓大電流輸出產品在空載時也會出現這種情況(再次強調，寬範圍AC輸入，低壓大電流輸出〈甚至非大電流輸出產品〉，如果KRP較大，DMAX又較小，空載極有可能出問題
，或許輕載降頻、提高VCC都不一定有效，但是采用某些電壓模式控製芯片，可能會避免此問題)。低壓輸入，輸出功率很大時
，電感電流斜率較緩，CS采樣電壓(電阻/互感器)可能很容易受到幹擾
，如果負載變化較大

，也可能會因此CS端采樣異常。也不是所有電流模式芯片均比電壓模式芯片優秀
，這需要綜合考慮各種因素
，包括外圍電路的複雜程度。

 

超高壓輸入時，KRP應該設置較大(最好是QR模式)，開關損耗會較低；

 

超低壓輸入時，KRP應該設置較小(最好是深度CCM模式)，漏感會較低；

 

注：關於這兩條，後續有必要專門展開分析。

電感紋波電流如何設置
，主要取決於輸入電壓範圍、輸入電壓幅度、輸出電壓幅度、輸出電流範圍、漏感百分比(氣隙)四個量。

 

1
、寬範圍輸入時，盡量選擇深度CCM模式；

 

注：在所有輸入電壓範圍內
，功率器件的電壓電流應力會有一個較好的折中；

 

2、輸入電壓非常低時(如12/24V)，請選擇深度CCM模式(KRP≤0.40)
；

 

注：此時如何降低漏感擺在第一位
，深度CCM模式下，自然會獲得最小的漏感量
；

 

3
、輸入電壓非常高時(如400VDC)
，請選擇DCM模式(或者QR模式)；

 

注：此時如何降低開關損耗擺在第一位
，在QR模式下
，自然會獲得最小開關損耗；

 

4、輸出電壓非常高時

，請選擇DCM模式(或者QR模式)；

 

注：此時如何降低開關損耗擺在第一位，在QR模式下，自然會獲得最小開關損耗；

 

5、輸出電流非常大時

，盡量選擇CCM模式，KRP值視輸入電壓範圍及幅值決定；

 

注：CCM模式下
，峰值電流、紋波電流
、有效電流都會相對較小，且盡量避免采用單個肖特基二極管去處理高有效值電流，也要想辦法去避免空載問題。

 

6、小電流輸出
，盡量采用DCM(QR)模式。

 

注：功率小
，效率較高。

 

7、如果要求最小漏感設計，盡量選擇CCM模式
，KRP盡可能的小。

 

8

、采用較小磁芯輸出較大功率的前提條件是：較小DMAX、較高電感紋波電流(有效電流)，空載問題好解決

 

9
、KRP小於0.66時，電感電流峰值
、有效值，不再跟隨KRP值的減小而明顯減小，但是Bdc及氣隙上升非常明顯；

 

KRP小於0.40時
，電感電流紋波電流將會出現過小而導致CS采樣困難，且飽和的10電感電流上升不明顯
；

 

10、如果設置BCM模式下的LP=1，其他工作條件不變，則：

 

KRP=1.00
，LP=1

 

KRP=0.66，LP=2

 

KRP=0.50
，LP=3

 

KRP=0.40
，LP=4

 

KRP=0.33
，LP=5

 

我們可以研究不同KRP值下
，磁芯的Bdc、Lg的變化趨勢
，甚至可以更換不同的磁芯來滿足電氣參數設計(KRP、DMAX、LP均不會發生改變)。如此一來，KRP(電氣參數)將會與磁芯參數形成緊密的聯係
，方便量化分析。通過不同的電感紋波電流
，來讓我們知道變換器到底需要什麼樣的磁芯設計參數(包括磁芯選型)。而不是先來設計變壓器參數，然後自動生成KRP等電氣參數。

 

簡單的理解，就是先設計好電氣參數，如初次級的電壓

、電流應力，評估各種損耗溫升，考慮到PWM芯片、MOS、二極管各種的特點(先選好)，讓反激變換器工作在最佳的工作狀態。根據這個最佳的電氣參數，我們來設計變壓器參數，如NP
、NS、qixidengdeng，zuihoutongguogenghuancixinhuoshiweitiaobianyaqidejiegousheji
，rangzhenggebianhuanqidougongzuozaizuihelidezhuangtai。ruguokaitoujiujinxingbianyaqisheji，huidaozhiwomenchanpinyouhuadeyudijiaoxiao(不得不重新計算或是申請樣品)。

 

不過，不得不承認，每一個人的學習經曆往往很不同，屬於自己的最佳設計流程，應該是自己最熟練、最能理解的哪一種。那是一種積累、一種磨練
，千萬不要輕易去否定。這裏提供的方法隻是其中一種，諸多技巧中
，如果覺得好就用，不好就不用。

KRP的別名：KRF、r，它們之間存在換算關係，建議參考相關資料；

如果設置BCM模式下的LP=1，其他工作條件不變
，則：

 

(磁芯、匝數比不變，否則無法完成對此；NP的變化不會改變DMAX、電壓、電流應力，NP主要是影響磁芯參數設計)

 

1、KRP從1.00下降至0.66時，峰值電流的下降非常明顯，當KRP從0.66向0.33下降時，峰值電流的下降幅度非常有限
；

 

2、KRP從1.00下降至0.33時，紋波電流的下降一直非常明顯，與LP的變化趨勢剛好相反(I=V*TON/LP)；

 

3
、KRP從1.00下降至0.66時
，有效電流的下降非常明顯，當KRP從0.66向0.33下降時，有效電流的下降幅度非常有限；

 

4、KRP從1.00下降至0.33時，BDC急劇增大
，氣隙的大小與磁性元件的設計有關，由於對比中的NP會有所不同
，所以氣隙
、BDC
、BAC的變化趨勢僅僅是起有限的參考作用
；

 

關於BDC

、BAC的變化趨勢(二者是由哪些量決定的)分析見《開關電源手冊》，其中有詳細描述：

 

①外加的伏秒值、匝數、磁芯麵積決定了交變磁通量(BAC)；

 

VTon(n)+Np+Ae→△B

 

②直流平均電流值
、匝數、磁路長度決定了直流磁場強度(BDC)；

 

Idc+Np+Le(lg)→Hdc

 

③加氣隙和不加氣隙，磁芯飽和磁感應強度是一樣的；但加氣隙的磁芯能顯著減小剩磁Br
，另外，加氣隙可以承受大的多的直流電流；

 

6

、KRP從1.00下降至0.33時，LP的de變bian化hua範fan圍wei非fei常chang有you意yi思si，注zhu意yi是shi整zheng數shu倍bei，這zhe為wei我wo們men評ping估gu變bian壓ya器qi的de設she計ji提ti供gong了le極ji好hao的de參can考kao依yi據ju，我wo們men可ke以yi一yi開kai始shi就jiu設she計ji在zai臨lin界jie模mo式shi
，並bing且qie將jiang臨lin界jieLP作為參考數值。需要明白
，在保持匝數比(DMAX)不變的情況下，產品中的各種電壓應力不會有任何改變(DMAX決定了電壓應力
，也不能夠大幅度改變
，隻適合微調)。我們可以通過研究KRP(LP)變化時，各種電流應力與磁芯參數的變化趨勢
，最終找出最優設計。

 

7、采用此方法設計變壓器時
，建議采用V*TON，而不是I²*LP，因為DMAX(決定TON)幾乎是固定量變化不大

，而LP可以是變化量(由KRP決定)
，變化量非常大，優化分析時也比較簡單。

 

8
、需要認真理解NP與LP不是線性關係

，也要完全明白氣隙的計算公式；

 

9、進行KRP及變壓器設計時，需要緊密聯係各種參數(電壓、電流應力，磁性參數)，然後進行係統分析。這是我極力推薦大家采用軟件的主要原因

，手工計算極易出錯、慢
、且無法對全局進行優化分析。

 

10
、關於KRP的相關介紹，可以參考PI的相關設計資料
；關於KRF的相關介紹
，可以參考飛兆的相關設計資料
；關於r的相關介紹，可以參考《精通開關電源設計》
；關於KRP，其他公司也有各種不同的描述，但他們要表達的意思其實都差不多。

 

 

電壓型控製典型芯片：SG3524/3525、TOP22X/23X/24X等等

 

電流型控製典型芯片：TL494、UC3842/3/4/5、NCP1200
、NCP1337等等

 

ON/OFF開關控製典型芯片：TNY係列
，RCC變換器，安森美有個係列好像也是的

 

聲明：後續可能還會直接引用一些PI的資料，特別是設計流程、軟件操作
、芯片資料


、包括部分設計思路等等，並不代表PI的設計理念比其他公司更優秀，僅僅是我更熟悉些而已，而且這些資料都有中文版本，內容詳實，方便初學者追根溯源。

 

關於書籍，推薦大家《新型單片開關電源設計與應用》2004版
，雖然比較難找，但是對於入門來說非常不錯。PI的變壓器設計軟件其實是非常不錯的入門工具，熟練了也可以把它用來設計其它類型的芯片。現在又可以用來設計PFC、正激、LLC等拓撲，太強大了，建議初學者多花點時間學習學習。

 

以上就是反激變壓器的工作狀態和KRP的定性分析，當然如果詳細分析起來還有更多的內容，如PFC


、正激類的輸出電感等，這些內容都可用KRPlaimiaoshu，zongtilaishuomeiyounamegaoshenmoce，zhishizuoweibutongdeyingyongshi
，cezhongdianyeyousuobutong
，zhiyaoqinyuzuanyanheshijian，zheduidajialaishuojiangbushishenmenanti。